GENETYKA wykł.19.12.2009

ORANIZACJA GENOMU - C.d.

RAMKA ODCZYTU:

• Kodon inicjujący określa ramkę odczytu sekwencji RNA, czyli które trzy kolejno po sobie następujące nukleotydy uznane będą za kodon.

• Zestaw kodonów ułożonych obok siebie, zaczynający się kodonem inicjującym i kończący się kodonem terminacyjnym, to otwarta ramka odczytu. [ możliwe powstanie pełnego białka]

SEKWENCJE POWTARZAJĄCE SIĘ TANDEMOWO:

• Określona sekwencja nukleotydów (ukł. podstawowy) występuje w wielu miejscach genomu, ale w każdym z tych miejsc (loci) sekwencja ta powtarza się wielokrotnie w ukł. tandemowym (jeden za drugim)

• W zależności od dług. podstawowego ukł. sekwencje powtarzane dzieli się na:

• Mikrosatelitarne (do 10 nukleotydów)

• Minisatelitarne (>10)

• Szczególnym przykładem sekwencji mikro. jest sekwencja telomerowa (TTAGGG/AATCCC), która stanowi zakończenie ramion chromosomowych

ROZPROSZONE SEKWENCJE POWTARZAJĄCE SIĘ:

• SINE- powtarzające się sekwencje rozproszone o dług. 100-5—par zasad. Do sekwencji SINE zalicza się tzw. sekwencje (elementy) Alu ?, występujące w genomie człowieka ok. mln razy

• LINE- dłuższe powtarzające się sekwencje rozproszone

• SINE i LINE- należą do tzw. retrotranspozonów, czyli elementów, które mogą przemieszczać się w obrębie genomu (transpozycja)

MUTACJE I POLIMORFIZM DNA:

• Mutacje to zmiany w sekw. DNA:

• Prowadzą do zróżnicowania DNA, min. do powstania dwóch lub więcej wariantów genów (alleli)

• Jeśli dana mutacja występuje w populacji z częstością min. 1-2%, to określa się ją mianem polimorfizmu (wielopostaciowości)

• Mutacje sekw. DNA powstają wskutek:

• Naturalnie występujących błędów w trakcie replikacji DNA (powielania materiału genet. Przed podziałem kom.)

• Działanie czynników (mutagenów) fiz., promieniowania UV, X

• Działanie mutagenów chem.

• [mutacje spontaniczne - rzadziej zachodzi w genach niż sekwencjach pozagenowych. Tempo - zależy od tego, z jakim miejscem genomu mamy do czynienia, częściej u wirusów niż u człowieka]

MUTAGENY:

• CHEMICZNE:

• Analogi zasad strukturalnie podobne do zasad znajdujących się w DNA i mogą być wbudowywane podczas replikacji DNA. Powodują mutację wskutek zmienionego parowania zasad np. 5-bromowych

• Czynniki interkalujące- płaskie cząstki zaburzające replikację poprzez wnikanie pomiędzy sąsiednie pary zasad w helisie DNA, np. bromek etydyny, aktyno-mucyna D

• Działające poprzez chem. modyfikacje zasad

• Mutageny z żywności (prod. pirolizy a-ów, policykliczne węglowodory aromatyczne, a-y, mykotoksyny, środki konserwujące)

• Reaktywne formy tlenu

• FIZYCZNE:

• Prom. jonizujące (X i γ) powoduje pękanie nici oraz niszczenie cukrów i zasad DNA

• Prom. niejonizujące (UV) jest absorbowane przez zasady i może indukować zmiany strukturalne

NAPRAWA DNA- PODRĘCZNIK

POLIMORFIZM SEKWENCJI DNA:

• W genomie najczęściej występuje polimorfizm pojedynczego nukleotydu, tzw. SNP

• Jest to tzw. Mutacja punktowa

• W genomie człowieka poznano 1,5 mln loci wykazujących SNP

POLIMORFIZM DŁUG. OKREŚLONYCH SEKW. DNA: [ilościowy]:

• Polimorfizm zmiennej liczby tandemowych powtórzeń:

• W określonym miejscu genomu liczba powtarzających się jedn. obecna w danej sekw. DNA mikrosatelitarnego może się zmieniać

• Allele sekwencji mikrosatelit. różnią się zatem o liczbę podstawowej powtarzalnej w ramach tej sekw. jedn., np. motyw CA powtórzony jest kilka do kilkanaście razy- (CA)_n

• Ukł. alleli sekw. mikrowsat. jest charakterystyczny dla danej osoby, dlatego często wykorzystywane są jako tzw. markery genetyczne, np. w kontroli pochodzenia u zwierząt, ustalaniu ojcostwa u ludzi, identyfikacji materiału biol.

WYKŁAD 19.12.2009R.

MUTACJE GENOMOWE, CHROMOSOMOWE, GENOWE

• Mutacje to nagłe i trwałe zmiany materiału genet.

• Mutacje de novo wystąpić mogą w kom. somatycznych lub w gametach, mogą być też dziedziczone po przodkach (jeśli nie powodują niepłodności lub śmierci nosiciela)

MUTACJE GENOMOWE I CHROMOSOMOWE:

• Odstępstwa od prawidłowej liczby lub budowy chr. zaliczane są do mutacji genomowych i chrom.

• Rodzaje:

• Euploidalne

• Aneuploidalne

EUPLOIDIE:

• Zmiany liczby genomów w komórce

• Poliploidalne- np. triploidia (3n) to wystąpienie trzech genomów w jądrze kom; a tetraploidia (4n)- czterech genomów

• Monoploidia (1n)- jeden genom w kom.somat.

• Poliploidia nie jest spotykana wśród dorosłych osobników (powszechnie wśród roślin)

• Powstanie w zygocie mutacji tych euploidii może być wynikiem m.in.:

• Zapłodnienia oocytu II rzędu przez więcej niż jeden plemnik (polispermia) [osłonka kom. oocytu twardnieje]

• Zaburzenia przebiegu R!, najczęściej żeńskiej, prowadzącej do powst. Oocytów II rzędu o niezredukowanej (2n) l. chromosomów

ANEUPLOIDIE:

• Zmiana liczby chr. w pojedynczych parach homolog:

• Brak chr. to monosomia (2n-1)

• Nadmiar chr. to trisomia (2n+1)

• Brak obu chr. z danej pary to nullisomia (2n-2)

• Obecność czterech chr. homologicznych to tetrasomia (2n+2)

• Zmiany mogą dot. więcej niż jednej pary chr. , np. podwójna monosomia (2n-1-1)

• Przyczyny aneuploidii:

• Zaburzenia segregacji chr. homologicznych w anafazie I mejozy

• Zaburzenia segregacji chromatyd w anafazie II mejozy

• Nieprawidłowa segregacja chromatyd w anafazie mitotycznej zarodków- mozaicyzm

MUTACJE CHROMOSOMOWE:

• Powstanie mut.chr. jest wynikiem błędu w trakcie crossing-over lub przerwanie ciągłości cząst. DNA w wyniku działania czynnika mutagennego i braku naprawy tego uszkodzenia przez systemy naprawcze kom.

• Może to prowadzić do zmiany ilości materiału genet. w kom. (mutacje niezrównoważone) lub przegrupowania frag. chr. (mutacje zrównoważone)

MUTACJE NIEZRÓWNOWAŻONE:

• Delecje

• Duplikacje

• Izochromosomy

DELECJE- utrata frag. chr.

• Powstaje zwykle w efekcie pęknięcia ramienia chr., któremu nie towarzyszyła naprawa tego uszkodzenia

• Mogą powstać w wyniku nierównej wymiany frag. chromatyd w trakcie crossing-over

DUPLIKACJE- podwojenie frag.chr.

IZOCHROMOSOMY- zawiera dwa identyczne ramiona chromosomowe, przy jednoczesnym braku drugiego ramienia, obecnego w prawidłowym chromosomie

ZRÓWNOWAŻONE MUTACJE CHROMOSOMOWE:

• Polegają na rearanżacji struktury chromosomu/-ów, których nie towarzyszyła ilościowa zmiana materiału genet. W kom., np.:

• Inwersja

• Fuzja centryczna

• Fuzja tandemowa

• Translokacja wzajemna

INWERSJA:

• Mutacja wywołana odwróceniem frag.chr. o 180^o, między dwoma nieprawidłowymi punktami pęknięć

• Inwersja paracentryczna- odwrócony fragment nie zawiera centromeru

• Inwersja pericentryczna- odwrócony frag. obejmuje centromer

FUZJA CENTRYCZNA:

• Powstaje wówczas, gdy dwa chr. akrocentryczne pękną w pobliżu centromeru, a uszkodzenie zostanie niewłaściwie naprawiane

• Duże frag. Reprezentujące prawie całe ramiona długie chr. zostaną połączone w centromerze i w efekcie powstaje jeden duży…

TRANSLOKACJA WZAJEMNA:

• Powstaje w wyniku nieprawidłowego połączenia podczas procesu naprawy pęknięć nici chromatyny, pochodzących z dwóch różnych chr.

• Jeżeli mutacji tej podleają chromosomy homo. I wymienione zostają niektóre fragmenty chromatyd, to podczas R! powstaną gamety, które będą obarczone delecją lub duplikacją

MOZAICYZM I CHEMIRYZM:

• Mozaicyzm- obecność udanego osobnika dwóch lub więcej linii kom., które powstały z pojedynczej zygoty

• Przyczyną jego powstania są somatyczne mutacje chromosomowe lub genowe lub zaburzenia podziałów mitotycznych

• Chimeryzm - obecność u danego osobnika 2 lub > linii komórkowych, które powstały z 2 odrębnych zygot

• Oba przypadki mogą dot. pojed. tkn. lub mieć charakter ogólnoustrojowy

MUTACJE GENOWE:

• Zmiany w określonej sekw. DNA są nazywane mutacjami DNA

• Wyróżnia się następujące zmiany sekw. Nukleotydów

• Substytucje (tranzycja i transwersja)

• Delecje

• Insercje

SUBSTYTUCJE:

• Tranzycja- zamiana jednej zasady purynowej na drugą purynową lub jednej zasady pirymidynowej na drugą pirymidynową

• Transwersja- zamiana zasady purynowej na pirymidynową lub pirymidynowej na purynową

DELECJE I INSERCJE:

• Delecje- utrata frag. DNA (1 lub więcej nukleotydów)

• Insercje- wstawianie frag. DNA jednego lub większej liczby nukleotydów

MUTACJE GENOWE c.d.:

• Mutacje punktowe w obrębie genów, ze wzg. na skutek powodowany w kodowanym białku, dzieli się na:

• Mutacje zmiany sensu

• Mut. nonsensowne- powodujące przeniknięcie (?)

• Mut. powod. przesunięcie ramki odczytu

• Mut. ciche

MUTACJE ZMIANY SENSU:

Mutacja pojed. nukleotydu powodująca zmianę kodonu i wbudowane w łańcuch polipeptydowy innego aminokwasu

MUTACJE NONSENSOWNE:

Mutacje zmieniające kodon na kodon terminacyjny, co powoduje przedwczesne zakończenie syntezy polipeptydu i powstanie niefunkcjonalnego białka

MUTACJE POWODUJĄCE PRZESUNIĘCIE RAMKI ODCZYTU:

Są wynikiem inercji lub delecji frag. sekw. genu. Przesunięcie ramki odczytu zachodzi, gdy wstawiony lub usunięty fragment nie jest wielokrotnością 3.

MUTACJE CICHE:

Ze względu na degenerację kodu genet., niektóre mutacje mogą nie powodować zmiany w sekw. aminokwasowej kodowanej przez określony gen [kodon koduje ten sam aminokwas]

4

GENOM CZŁOWIEKA

Genom mitochondrialny

16,6 kpz, 37 genów

Genom jądrowy

3 Mpz, 30tys genów

Geny sekwencje pokrewne

Sekwencje kodujące

Sekwencje niekodujące

pseudogeny

Introny UTR

Frag.genów

DNA pozagenowy 70%

Sekwencje powtarzające się tandemowo

Sek.minisatelitarne

Sek.mikrosatelitarne

Sek.telomerowe

Pdr-doczytać!

Rozproszone sekwencje powtarzaj. się

SINE

krótkie elem. nukleotydowe

LINE

Długie elem. nukleotydowe

Pamiętaj, że genom odnosi się do kom. haplo.!!