Budowa DNA: DNA- kwas dezoksyrybonukleinowy - występuje w komórce w postaci podwójnej nici spiralnie za sobą skręconych w postaci tzn. helisy,, każda nic zbudowana jest z pojedynczych „cegiełek” zwanych nukleotydami. W skład nukleotydu DNA wchodzą: cukier C 5- deoksyryboza ,reszta kwasu fosforowego, jedna z zasad azotowych:
-adenina (A),tymina (T), cytozyna (C), - guanina (G) Reguła komplementarności: A=T DNA- zawiera informację genetyczną komórki (organizmu). RNA- kwas rybonukleinowy. Występuje w komórce w postaci jednej nici i jest wierną kopią DNA, a zatem umożliwia realizowanie informacji genetycznej. Jego podstawową jednostką budulcową jest nukleotyd zbudowany z: a) cukier C 5- ryboza, reszta kwasu fosforowego, jedna z zasad azotowych: -adenina (A), -urazyl (U), -cytozyna (C), -guanina (G). 3 rodzaje RNA: -mRNA - matrycowa RNA- powstaje na matrycy DNA i jest roboczą kopią genu. -tRNA - transportowy RNA- transportuje aminokwasy do miejsca biosyntezy białek, -rRNA- rybosomalny RNA- wchodzi w skład rybosomów i uczestniczy w biosyntezie białka. DNA w komórce występuje: - w jądrze, mitochondriach, plastydach (u roślin), RNA w komórce występuje: -w jądrze, cytoplazmie, rybosomach. Replikacja DNA- podwojenie ilości DNA w komórce bezpośrednia przed podziałem. Przebieg replikacji: polimeraza DNA znajduje na nici DNA miejsce inicjacji replikacji. Takich miejsc w obrębie jednej cząsteczki DNA jest wiele, z tąd replikacja przebiega na w wielu miejscach jednocześnie. w miejscu inicjacji replikacji następnie rozplecenie podwójnej helisy. W tym miejscu powstają tzw. widełki replikacyjne. w widełkach replikacyjnych polimeraza DNA ustawia naprzeciwko każdemu nukleotyd. Nowe nukleotydy łączą się replikacja DNA pół zachowawcze - nowa cząsteczka DNA zawiera nić starą i jedną nić nową. Celem replikacji- jest dokładne skupione cząsteczki DNA i następnie przekazane komórkom potomnym identycznej informacji genetycznej. Miejsce łączenia się helis to miejsce inicjacji Replikacja -ciągła synteza Synteza fragmentami Polimeraza DNA III - katalizuje krok po kroku przyłączenie deoksyrybonukleotydów do nowego łańcucha DNA - katalizuje wytwarzanie wiązania fosfodiestrowegomiędzy grupą -OH na końcu 3', a fragmentami na końcu 5' deoksyrybonukleotydu Składniki niezbędne do syntezy DNA - odcinek starterowy - jego syntezę katalizuje enzym PRUMAZA - matryca DNA - jony Mg, -5' - trifosforanydeoksyrybonukleotydów (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) Enzymy i białka uczestniczące w replikacji DNA: - Helikaza uczestniczy w rozpleceniu nici DNA - wiązanie białek stabilizujących rozwinięcie nici - prymaza - syntezuje krótki starterowy odcinek RNA - polimeraza DNA III syntezuje łańcuch DNA - polimeraza DNA I - usuwa starter - ligaza - łączy odcinki DNA (tzw. Fragmenty okazaki) Transkrypcja - przepisywanie informacji z DNA na mRNA Nowy RNA jest syntetyzowany zgodnie z regułą komplementarności w stosunku do nici stanowiącej szablon - katalizowana przez enzym polimeraza zgodnie z matrycą DNA - substancjami są trifosforanyrybonukleozydów - synteza mRNA odbywa się w kierunku 5'→3' - obejmuje trzy etapy: inicjację, elongację, terminację -transkrypcja rozpoczyna się od końca 5' a jej początek ma miejsce w rejonie zwanym promotorem - są to rejony w matrycy DNA, które wiążą polimerazę RNA i determinują miejsce startu transkrypcji - eukariota : w rejonie -25-kasetaTATA, w rejonie -75- kaseta CAAT - proces transkrypcji inicjuje połączenie polimerazy RNA z promotorem REPLIKACJA DNA: proces podwojenia ilości DNA. Zachodzi w fazie S (podwojenie ilości histonów ) .
REPLIKACJA SEMIKONSERWATYWNA : (półzachowawcza) - w każdej z dwóch uzyskanych podwójnych nici DNA będzie jedna nić macierzysta i jedna nowa. PRZEBIEG PROCESU :INICJACJA, ELONGACJA, TERMINACJA U PROKARIOTA : INICJACJA : naga nić w postaci α- helisy , aby można było utworzyć nową nić : rozplecenie nici DNA : pomiędzy nici wnika białko inicjatorowe DNA A , które zgina nić, naprężenie wiązań wodorowych i rozerwanie wnika kolejne białko enzymatyczne HELIKAZA : aby zapobiec powstawaniu ponownie α-helis. powstają WIDEŁKI REPLIKACYJNE : 1 oczko (=widełki) replikacyjne. tuż obok miejsca ORI (miejsce początku replikacji) wchodzi kolejny enzym PRYMAZA : wytwarza PRIMERY ( odcinki RNA komplementarne do DNA ) ELONGACJA : Wydłużanie nowopowstałego łańcucha DNA Warunki: - duża ilość wolnych nukleotydów - dostarczona energia, obecność związków wysoko energetycznych . Donor energii : trifosforany nukleozydu (TTP , CTP, GTP, ATP) - enzym katalizujący proces * musi mieć miejsce aktywne przestrzennie pasujące do nukleotydów. - zachowana komplementarność dobudowywanych nukleotydów * enzym : - czyta tylko w kierunku od 3' do 5' - syntetyzuje nową nić od końca 5' do 3'- jest to enzym który potrafi dobudowywać tylko do istniejących już fragmentów , nie czyta od nowa Elongacja trwa do momentu odczytania REPLIKONU (jednostka replikacji - od sekwencji ori do sekwencji term) u prokariota elongacja trwa do momentu dotarcia widełek do przeciwległego końca kolistej cząsteczki genoforu. Na nici wiodącej ( 3' - 5' ) - replikacja ciąg Na nici opóźnionej - replikacja opóźniona. FRAGMENTY OKAZAKI : fragmenty DNA z własnym primerem długości widełek replikacyjnych. TERMINACJA :• wycięcie primerów ( u prokariota robi to POLIMERAZA KORNBERGA : naprawia fragmenty, wycina primery, w miejscu wycięcia primerów dobudowuje nukleotydy typowe dla DNA ) LIGAZY łączą fragmenty DNA powstałe w miejscu po primerach i fragmenty okazaki w 1 ciągłą nić. odtwarzanie wiązań wodorowych pomiędzy nicią starą a nową U EUKARIOTA : Dna u prokariota jest cząsteczką nagą, kolistą ; u eukariota bardziej niedostępna ze względu na połączenie z białkami przez co tworzy kolejne struktury upakowania Replikacja zaczyna się od uwolnienia cząsteczki DNA od białek towarzyszących Pierwszy enzym to TROPOIZOMERAZA 3 polimerazy :- α : czyta tylko DNA jądrowe,- β : naprawia błędy,- γ : replikuje DNA mitochondrialne szybkość włączania nukleotydu: P: 50 tys/min - E : 500 - 3600/min czas trwania procesu dużo krótszy u E - P : 1 replikon i 1 oczko replikacyjne - E : wiele replikonów i wiele oczek replikacyjnych W komórkach embrionalnych wiele więcej replikonów niż w somatycznych →skrócony czas replikacji →szybsze powielanie się komórek OBRÓBKA POSTREPLIKACYJNA : Do końca 3' przyłącza się enzym TELOMERAZA , który ma właściwości katalityczne ( u Eukariota ! u P nie ) i posiada je tylko dlatego, że ma wbudowaną krótką sekwencję RNA . W tym procesie na krótkim odcinku RNA tworzone się telomery w procesie ODWROTNEJ TRANSKRYPCJI - czyli przepisania informacji z RNA na komplementarne DNA , które powstaje w procesie odwrotnej transkrypcji. Telomery nie są fragmentami kodującymi , ale pełnią bardzo ważną funkcję: chronią DNA przed działaniem egzonukleaz (przed skracaniem * komórka nowotworowa - jedyna komórka , która nie skraca telomerów. Mechanizm elongacji łańcucha RNA polimeraza RNA - wytwarza wiązanie fosfodiestrowe Terminacja - nowo syntetyzowany RNA Regulacja aktywności genów na etapie transkrypcji - na przykładzie operonu laktozowego Operon - jednostka mechanizmu regulacji aktywności genów Geny struktury - w nich jest zakodowana informacja o syntezie enzymów Promotgor - miejsce przyłączenia polimerazy RNA Operator - aktywator genów struktury Operator laktozowy - odpowiedzialny za syntezę enzymów : - β - galaktozydaza - podstawowy enzym uczestniczący w rozkładzie laktozy - permeaza- uczestniczy w regulacji transportu przez błony - acetylotransferaza - uczestniczy w przeniesieniu grupy acetylowej w metabolizmie laktozy Negatywna regulacja transkrypcji : negatywny regulator (represor) blokuje przyłączenie polimerazy RNA do miejsc promotorowych i uniemożliwia transkrypcję Pozytywna regulacja transkrypcji : pozytywny regulator (aktywator) usprawnia wiązanie polimerazy RNA (RNAP) w miejscach promotorowych - w efekcie umożliwia transkrypcję Translacja - proces syntezy białka na rybosomach, przekazywanie informacji genetycznej tzn proces syntezy białka o kolejności aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym wg sekwencji kodonów w mRNA Translacja - inicjacja : od połączenie małej jednostki rybosomu z mRNA oraz przyłączenia t-RNA do kodonu startowego (AUG) - elongacja - przyłączenie kolejnego aminokwasu z wytworzeniem wiązania peptydowego, kolejne przyłączenie aminokwasów - terminacja- zakończenie syntezy białka w chwili pojawienia się kodonów stop na matrycy mRNA - UAA, UAG, UGA Transkrypcja- jest to proces przepisywania informacji genetycznej z DNA na mRNA. Zachodzi w jądrze komórki. Etapy transkrypcji: 1. polimeraza- NRA odnajduje na nici DNA odpowiednie miejsce zwane promotorem w którym rozpoczyna się proces - rozplecenie podwójnej helisy DNA i ustawianie naprzeciwko nukleotydów nici DNA komplementarnych nukleotydów tworzących nić RNA 3. powstaje pojedyncza nić RNA, która jest jednak niedojrzała i musi zostać poddana obróbce potranskrypcyjnej. Miejsce styku helis to promotor. T zamienia się na U!! Dojrzewanie mRNA Powstały mRNA jest produktem w stanie surowym który wymaga wykończenia bo geny mają budowę nieciągłą tz. zawierają odcinki kodujące ekson oraz odcinki nie kodujące introny. Dojrzewanie mRNA polega więc na wycinaniu odcinków nie kodujących a łączeniu się sobą odcinków kodujących. powstały mRNA może stanowić matrycę do syntezy białka i opuścić jądro. Ekson 1/ INTRON/ EKSON 2/ INTRON/ EKSON 3/ - (nie dojrzałe pre- mRNA). Ekson 1/ ekson 2/ ekson 3/ - dojrzały mRNA Transkrypcja ma na celu: -ochronę oryginału informacji genetycznej zawartej w DNA, -stworzenie możliwie dużej ilości kopii informacji genetycznej, które będą stanowiły matrycę do biosyntezy białka. Kolejność ekspresji informacji genetycznej.1. replikacja ZACHODZI W JĄDRZE 2. transkrypcja 3. translapcja (biosynteza białka) - cytoplazma,4.odwrotna translacja Kod genetyczny- jest to system zapisu informacji genetycznej w którym każdemu aminokwasowi odpowiada określony kodon. Kodon- (triplet)- to trzy kolejne nukleotydy wyznaczające aminokwas. 1 aminokwas- 3 nukleotydy, 1 triplet-3 nukleotydy, 1kodon = 30 aminokwasów. 90 nukleotydów = 30 aminokwasów DNA T A C C G A A T T nić matrycowa A T G G C U U A A mRNA A U G G C U U A A Biosynteza zawsze zaczyna się od aminokwasu Metioniny. 3 kodony kończące to: UUA, UGA, UAG. Antykodon jest to trójka zasad charakterystyczna dla danego aminokwasu, oraz komplementarna do kodonu tego aminokwasu znajdującego się w mRNA. Występuje on w cząsteczce tRNA biorącej udział w translacji. Podczas tego procesu przyłącza się on do komplementarnej trójki zasad w mRNA wraz z znajdującym się na przeciwnym końcu cząsteczki tRNA aminokwasem. Kod genetyczny jest: - trójkowy - trzy sąsiadujące ze sobą nukleotydy (tzw. kodon) określają jeden aminokwas, - bezprzecinkowy - sekwencja zasad jest odczytywana kolejno, - niezachodzący - kodony leżą kolejno jeden za drugim i nie mają elementów wspólnych, - jednoznaczny - jeden kodon koduje tylko jeden aminokwas, - zdegenerowany - jeden aminokwas może być kodowany przez kilka rożnych kodonów, - kolinearny kolejność ułożenia kodonów w łańcuchu polinukleotydowym kwasu odpowiada kolejności ułożenia aminokwasów w białku, - uniwersalny - zasady kodowania oraz znaczenie kodonów są takie same u wszystkich organizmów. Informacyjny RNA (mRNA) w sekwencji swoich nukleotydów ma zakodowaną informację o sekwencji aminokwasów w białku. Geny eukariotyczne składają się z sekwencji kodujących białko (tzw. eksonów) oraz z sekwencji niekodujących białko (tzw. intronów). Z utworzonej cząsteczki RNA wycinane są introny, a eksony łączone w cząsteczkę mRNA, która dopiero wtedy opuszcza jądro. Rybosomalny RNA (rRNA) jest głównym składnikiem rybosomów, pełni funkcje katalityczne i strukturalne. Transportujący RNA (tRNA) przenosi zaktywowane aminokwasy do rybosomów. Ma unikalną strukturę przestrzenną określaną mianem „liścia koniczyny”. Najistotniejsza w tRNA jest pętla antykodonowa, zawierająca tzw. antykodon, tj. trojkę nukleotydów, która umożliwia rozpoznanie kodonóww mRNA. Do końca 3' następuje przyłączenie właściwego aminokwasu. Translacja polega na przetłumaczeniu informacji genetycznej zawartej w sekwencji nukleotydów w mRNA na sekwencję aminokwasóww syntetyzowanym białku. Proces translacji poprzedza aktywacja aminokwasu (aminoacylacja), która polega na przyłączeniu do tRNA odpowiedniego aminokwasu. Biosynteza białek odbywa się na rybosomach. Nukleotydy składają się z zasady organicznej (pochodnej puryny lub pirymidyny), pentozy (D-rybozy lub D-2-deoksyrybozy) oraz kwasu ortofosforowego. W skład kwasów nukleinowych wchodzą zasady pirymidynowe: cytozyna, uracyl, tymina. elektrostatyczne oddziaływania rolę kwasu spełniają reszty fosforowe kwasów nukleinowych lub grupy karboksylowe aminokwasów kwasowych, a rolę zasady - grupy aminowe aminokwasów zasadowych lub grupy aminowe zasad purynowych i pirymidynowych; 2) wiązania wodorowe między odpowiednimi atomami azotu i tlenu zasad azotowych i aminokwasów; 3) wiązania chelatowe, w których jon dwuwartościowego metalu łączy się ze związkiem organicznym dwoma wiązaniami, tj. jonowym, w którym zastępuje np. jon wodoru i drugim - koordynacyjnym - z inną grupą związku organicznego Niewielki dodatek np. NaHCO3, zwiększa rozpuszczalność nukleoprotein, powoduje odszczepienie się kwasów nukleinowych od białka, a nawet degradację kwasów rybonukleinowych bardziej wrażliwych na hydrolizę zasadową. 0,6% roztworem NaCl, w którym rozpuszczają się rybonukleoproteiny deoksyrybonukleoproteiny ekstrahuje się 10% roztworem NaCl, następnie wytrącić za pomocą alkoholu etylowego. OTRZYMYWANIE DNA Z WĄTROBY. Wątrobę pokroić i homogenizować z 40ml oziębionego do 4st C 0,6% NaCl w cytrynianie sodu przez 3 minuty, wirować 10 min, osad do zlewki i dodać 10% NaCl, do łaźni z lodem i ekstrahować 15 minut i odwirować, dodać alkoholu 96% i zebrać DNA. OTRZYMYWANIE RNA Z DROŻDŻY. Drożdże i 40 ml 0,4% NaOH, osad odwirować, supernatant przenieść i zakwasić 15 ml 5% kwasu octowego, do wirówki z 40ml etanolu i (3000 obr./min przez 10 minut) i rozpuścić w małej ilości 0,4% NaOH IDENTYFIKACJA SKŁADNIKÓW NUKLEOPROTEIN. Hydrolizy związków do kwasu fosforowego, pentozy oraz zasad azotowych, a następnie ich rozdziału. Lub Niehydrolizowane kwasy nukleinowe (DNA i RNA) wykazują reakcję wspólną na obecność pentoz, tzw. reakcję Biala i Tollensa. reakcją odróżniającą oba typy kwasów w formie niehydrolizowanej jest reakcja Dischego na obecność -D-2-deoksyrybozy WYKRYWANIE BIAŁKA - BIURETOWA 1 ml próbki badanej + 2 ml 10% NaOH + 2-3 krople 1% roztworu CuSO4 WYKRYWANIE PENTOZ: PRÓBA TOLLENSA 1ml stężonego HCl i po 1 ml floroglucyny i ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej, czerwona PRÓBA BIALA 2 ml 0,2% roztworu orcyny w 20% roztworze HCl i dodać kroplę 1% roztworu FeCl3. Ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej 5-10 minut. Zielona ODRÓŻNIENIE DNA OD RNA - REAKCJA DISCHEGO polega na tworzeniu w środowisku kwaśnym przez 2-deoksyrybozę zdifenyloaminą produktu kondensacji o barwie niebieskiej.3 ml 0,4% NaOH i dokładnie rozgnieść bagietką (przesączyć. Do 1 ml przesączu 2 ml odczynnika dwufenyloaminy. ogrzewać 10 minut we wrzącej łaźni wodnej. DNA barwa niebieska. WYKRYWANIE ZASAD PURYNOWYCH PRÓBA Z AgNO3 5 ml 5% H2SO4 i ogrzewać 30 minut na wrzącej łaźni. Zobojętnić stężonym amoniakiem wobec czerwieni metylowej i odsączyć. dodać kilka kropli 10% AgNO3. biały osad PRÓBA MUREKSYDOWA próbki do parowniczek, kilka kropel HNO3 i odparować do sucha. zwilżyć kilkoma kroplami amoniaku w obecności zasad purynowych pojawia się czerwone zabarwienie purpuranu amonu (mureksydu). WYKRYWANIE KWASU ORTOFOSFOROWEGO0,3 ml 0,5 M HCl i po przykryciu korkami plastikowymi ogrzewać we wrzącej łaźni 15 minut. Po oziębieniu dodać 1 ml odczynnika molibdenowego i 1 ml reduktora. na chwilę do wrzącej łaźni wodnej. niebieski kompleks fosforowo-molibdenowego. Kodon- fragment DNA określający jeden aminokwas, odczyt od N-końca
Pirymidowe: Cytozyna- 2-hydroksy-4-aminopirymidyna Uracyl- 2,4-dihydroksypirymidyna Tymina- 2,4-dihydroksy-5-metylopirymidyna Purynowe: Adenina- 6-aminopuryna Guanina- 2-amino-6-hydroksypuryna Hipoksantyna- 6-hydroksypuryna Forma laktamowa: ketonowa forma przy C-2 Nietypowe: 6-Nmetylo-, 6-N-dimetyloadeniny, pseudourydyny Pentozy w kw: B-D-ryboza i B-D-2-deoksyryboza, łączą się przez C-1 z NH i estrowym z OH przy C-3 i 5 Zasada org+ aldopentozą wiązaniem N-glikozydowym daje nukleozyd, a estrowo w C-5 fosforanu - nukleotyd W hydrolizatach (śr. Naturalne) są też nukleozydo-3-monofosforany Nukleotrifosforany: ATP, GTP, UTP, koenzymy: NAD+,NADP+,FAD Budowa DNA: łańcuch dwuniciowy skręcony w heliks w którym obie nici są spojone jednoznacznie (deoksy)rybozy i fosforanu, zasady na zewnątrz, nukleotydy powiązane diestrowo przez fosforan z OH i z C-5` pentozy własnego nukleotydu, a drugą grupą OH łączy się z C-3`następnego nukleotydu. Cechy: -2 odwrotnie skierowane łańcuchy oplatają hipotetyczną oś -Płaszczyzny zasad są prostopadłe do osi heliksu -wielkości cząsteczek pary zasad pasują do odległości miedzy łańcuchami sacharydonowo-fosforanowymi -średnica heliksu 2 nm, odległość między zasadami 0,34 nm -kolejność zasad w łańcuchu nie jest ograniczona Mutacje: efekt metaboliczny, morfologiczny, letarny Genomy prokariotów: np. E.coli. chromosom bakteryjny, DNA nie oddzielony od cytosolu, chromosom kulisty, ok 59 domen(pętli) Eukariotów: w jądrze, 10^8 par zasad i 40k odrębnych genów, sekwencje pojedyncze i powtarzalne Geny: podzielone: introny(wewnętrzne) i eksony(do syntezy białek) DNA jako chromosomy-ściśle upakowane z białkami histonowymi Selenoidem-heliks wyższego rzędu, z 6 nukleosomów RNA-mniejsze masy od DNA, w cytoplazmie i w jądrze. Zamiast tyminy uracyl, często pojedyncze łańcuchy RNA komórkowy: transportujący 25kDa, informacyjny mRNA- w jądrze i w cytoplazmie rRNA-w rybosomach, matryca do łańcuchów polipeptydowych, snRNA do dojrzewania mRNA Replikacja-rozplecienie podwójnego heliksu na dwie nici i odbudowę od każdej z nich nowej. Polimeraza do syntezy DNA Replikacja DNA u prokariotów: Różnice: u prokariotów kolistych chromosomów, replikacja zaczyna się w oczku replikacyjnym Replikacja Dna u eukariotów: 10 razy wolniej,
|
Budowa DNA: DNA- kwas dezoksyrybonukleinowy - występuje w komórce w postaci podwójnej nici spiralnie za sobą skręconych w postaci tzn. helisy,, każda nic zbudowana jest z pojedynczych „cegiełek” zwanych nukleotydami. W skład nukleotydu DNA wchodzą: cukier C 5- deoksyryboza ,reszta kwasu fosforowego, jedna z zasad azotowych:
-adenina (A),tymina (T), cytozyna (C), - guanina (G) Reguła komplementarności: A=T DNA- zawiera informację genetyczną komórki (organizmu). RNA- kwas rybonukleinowy. Występuje w komórce w postaci jednej nici i jest wierną kopią DNA, a zatem umożliwia realizowanie informacji genetycznej. Jego podstawową jednostką budulcową jest nukleotyd zbudowany z: a) cukier C 5- ryboza, reszta kwasu fosforowego, jedna z zasad azotowych: -adenina (A), -urazyl (U), -cytozyna (C), -guanina (G). 3 rodzaje RNA: -mRNA - matrycowa RNA- powstaje na matrycy DNA i jest roboczą kopią genu. -tRNA - transportowy RNA- transportuje aminokwasy do miejsca biosyntezy białek, -rRNA- rybosomalny RNA- wchodzi w skład rybosomów i uczestniczy w biosyntezie białka. DNA w komórce występuje: - w jądrze, mitochondriach, plastydach (u roślin), RNA w komórce występuje: -w jądrze, cytoplazmie, rybosomach. Replikacja DNA- podwojenie ilości DNA w komórce bezpośrednia przed podziałem. Przebieg replikacji: polimeraza DNA znajduje na nici DNA miejsce inicjacji replikacji. Takich miejsc w obrębie jednej cząsteczki DNA jest wiele, z tąd replikacja przebiega na w wielu miejscach jednocześnie. w miejscu inicjacji replikacji następnie rozplecenie podwójnej helisy. W tym miejscu powstają tzw. widełki replikacyjne. w widełkach replikacyjnych polimeraza DNA ustawia naprzeciwko każdemu nukleotyd. Nowe nukleotydy łączą się replikacja DNA pół zachowawcze - nowa cząsteczka DNA zawiera nić starą i jedną nić nową. Celem replikacji- jest dokładne skupione cząsteczki DNA i następnie przekazane komórkom potomnym identycznej informacji genetycznej. Miejsce łączenia się helis to miejsce inicjacji Replikacja -ciągła synteza Synteza fragmentami Polimeraza DNA III - katalizuje krok po kroku przyłączenie deoksyrybonukleotydów do nowego łańcucha DNA - katalizuje wytwarzanie wiązania fosfodiestrowegomiędzy grupą -OH na końcu 3', a fragmentami na końcu 5' deoksyrybonukleotydu Składniki niezbędne do syntezy DNA - odcinek starterowy - jego syntezę katalizuje enzym PRUMAZA - matryca DNA - jony Mg, -5' - trifosforanydeoksyrybonukleotydów (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) Enzymy i białka uczestniczące w replikacji DNA: - Helikaza uczestniczy w rozpleceniu nici DNA - wiązanie białek stabilizujących rozwinięcie nici - prymaza - syntezuje krótki starterowy odcinek RNA - polimeraza DNA III syntezuje łańcuch DNA - polimeraza DNA I - usuwa starter - ligaza - łączy odcinki DNA (tzw. Fragmenty okazaki) Transkrypcja - przepisywanie informacji z DNA na mRNA Nowy RNA jest syntetyzowany zgodnie z regułą komplementarności w stosunku do nici stanowiącej szablon - katalizowana przez enzym polimeraza zgodnie z matrycą DNA - substancjami są trifosforanyrybonukleozydów - synteza mRNA odbywa się w kierunku 5'→3' - obejmuje trzy etapy: inicjację, elongację, terminację -transkrypcja rozpoczyna się od końca 5' a jej początek ma miejsce w rejonie zwanym promotorem - są to rejony w matrycy DNA, które wiążą polimerazę RNA i determinują miejsce startu transkrypcji - eukariota : w rejonie -25-kasetaTATA, w rejonie -75- kaseta CAAT - proces transkrypcji inicjuje połączenie polimerazy RNA z promotorem REPLIKACJA DNA: proces podwojenia ilości DNA. Zachodzi w fazie S (podwojenie ilości histonów ) .
REPLIKACJA SEMIKONSERWATYWNA : (półzachowawcza) - w każdej z dwóch uzyskanych podwójnych nici DNA będzie jedna nić macierzysta i jedna nowa. PRZEBIEG PROCESU :INICJACJA, ELONGACJA, TERMINACJA U PROKARIOTA : INICJACJA : naga nić w postaci α- helisy , aby można było utworzyć nową nić : rozplecenie nici DNA : pomiędzy nici wnika białko inicjatorowe DNA A , które zgina nić, naprężenie wiązań wodorowych i rozerwanie wnika kolejne białko enzymatyczne HELIKAZA : aby zapobiec powstawaniu ponownie α-helis. powstają WIDEŁKI REPLIKACYJNE : 1 oczko (=widełki) replikacyjne. tuż obok miejsca ORI (miejsce początku replikacji) wchodzi kolejny enzym PRYMAZA : wytwarza PRIMERY ( odcinki RNA komplementarne do DNA ) ELONGACJA : Wydłużanie nowopowstałego łańcucha DNA Warunki: - duża ilość wolnych nukleotydów - dostarczona energia, obecność związków wysoko energetycznych . Donor energii : trifosforany nukleozydu (TTP , CTP, GTP, ATP) - enzym katalizujący proces * musi mieć miejsce aktywne przestrzennie pasujące do nukleotydów. - zachowana komplementarność dobudowywanych nukleotydów * enzym : - czyta tylko w kierunku od 3' do 5' - syntetyzuje nową nić od końca 5' do 3'- jest to enzym który potrafi dobudowywać tylko do istniejących już fragmentów , nie czyta od nowa Elongacja trwa do momentu odczytania REPLIKONU (jednostka replikacji - od sekwencji ori do sekwencji term) u prokariota elongacja trwa do momentu dotarcia widełek do przeciwległego końca kolistej cząsteczki genoforu. Na nici wiodącej ( 3' - 5' ) - replikacja ciąg Na nici opóźnionej - replikacja opóźniona. FRAGMENTY OKAZAKI : fragmenty DNA z własnym primerem długości widełek replikacyjnych. TERMINACJA :• wycięcie primerów ( u prokariota robi to POLIMERAZA KORNBERGA : naprawia fragmenty, wycina primery, w miejscu wycięcia primerów dobudowuje nukleotydy typowe dla DNA ) LIGAZY łączą fragmenty DNA powstałe w miejscu po primerach i fragmenty okazaki w 1 ciągłą nić. odtwarzanie wiązań wodorowych pomiędzy nicią starą a nową U EUKARIOTA : Dna u prokariota jest cząsteczką nagą, kolistą ; u eukariota bardziej niedostępna ze względu na połączenie z białkami przez co tworzy kolejne struktury upakowania Replikacja zaczyna się od uwolnienia cząsteczki DNA od białek towarzyszących Pierwszy enzym to TROPOIZOMERAZA 3 polimerazy :- α : czyta tylko DNA jądrowe,- β : naprawia błędy,- γ : replikuje DNA mitochondrialne szybkość włączania nukleotydu: P: 50 tys/min - E : 500 - 3600/min czas trwania procesu dużo krótszy u E - P : 1 replikon i 1 oczko replikacyjne - E : wiele replikonów i wiele oczek replikacyjnych W komórkach embrionalnych wiele więcej replikonów niż w somatycznych →skrócony czas replikacji →szybsze powielanie się komórek OBRÓBKA POSTREPLIKACYJNA : Do końca 3' przyłącza się enzym TELOMERAZA , który ma właściwości katalityczne ( u Eukariota ! u P nie ) i posiada je tylko dlatego, że ma wbudowaną krótką sekwencję RNA . W tym procesie na krótkim odcinku RNA tworzone się telomery w procesie ODWROTNEJ TRANSKRYPCJI - czyli przepisania informacji z RNA na komplementarne DNA , które powstaje w procesie odwrotnej transkrypcji. Telomery nie są fragmentami kodującymi , ale pełnią bardzo ważną funkcję: chronią DNA przed działaniem egzonukleaz (przed skracaniem * komórka nowotworowa - jedyna komórka , która nie skraca telomerów. Mechanizm elongacji łańcucha RNA polimeraza RNA - wytwarza wiązanie fosfodiestrowe Terminacja - nowo syntetyzowany RNA Regulacja aktywności genów na etapie transkrypcji - na przykładzie operonu laktozowego Operon - jednostka mechanizmu regulacji aktywności genów Geny struktury - w nich jest zakodowana informacja o syntezie enzymów Promotgor - miejsce przyłączenia polimerazy RNA Operator - aktywator genów struktury Operator laktozowy - odpowiedzialny za syntezę enzymów : - β - galaktozydaza - podstawowy enzym uczestniczący w rozkładzie laktozy - permeaza- uczestniczy w regulacji transportu przez błony - acetylotransferaza - uczestniczy w przeniesieniu grupy acetylowej w metabolizmie laktozy Negatywna regulacja transkrypcji : negatywny regulator (represor) blokuje przyłączenie polimerazy RNA do miejsc promotorowych i uniemożliwia transkrypcję Pozytywna regulacja transkrypcji : pozytywny regulator (aktywator) usprawnia wiązanie polimerazy RNA (RNAP) w miejscach promotorowych - w efekcie umożliwia transkrypcję Translacja - proces syntezy białka na rybosomach, przekazywanie informacji genetycznej tzn proces syntezy białka o kolejności aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym wg sekwencji kodonów w mRNA Translacja - inicjacja : od połączenie małej jednostki rybosomu z mRNA oraz przyłączenia t-RNA do kodonu startowego (AUG) - elongacja - przyłączenie kolejnego aminokwasu z wytworzeniem wiązania peptydowego, kolejne przyłączenie aminokwasów - terminacja- zakończenie syntezy białka w chwili pojawienia się kodonów stop na matrycy mRNA - UAA, UAG, UGA Transkrypcja- jest to proces przepisywania informacji genetycznej z DNA na mRNA. Zachodzi w jądrze komórki. Etapy transkrypcji: 1. polimeraza- NRA odnajduje na nici DNA odpowiednie miejsce zwane promotorem w którym rozpoczyna się proces - rozplecenie podwójnej helisy DNA i ustawianie naprzeciwko nukleotydów nici DNA komplementarnych nukleotydów tworzących nić RNA 3. powstaje pojedyncza nić RNA, która jest jednak niedojrzała i musi zostać poddana obróbce potranskrypcyjnej. Miejsce styku helis to promotor. T zamienia się na U!! Dojrzewanie mRNA Powstały mRNA jest produktem w stanie surowym który wymaga wykończenia bo geny mają budowę nieciągłą tz. zawierają odcinki kodujące ekson oraz odcinki nie kodujące introny. Dojrzewanie mRNA polega więc na wycinaniu odcinków nie kodujących a łączeniu się sobą odcinków kodujących. powstały mRNA może stanowić matrycę do syntezy białka i opuścić jądro. Ekson 1/ INTRON/ EKSON 2/ INTRON/ EKSON 3/ - (nie dojrzałe pre- mRNA). Ekson 1/ ekson 2/ ekson 3/ - dojrzały mRNA Transkrypcja ma na celu: -ochronę oryginału informacji genetycznej zawartej w DNA, -stworzenie możliwie dużej ilości kopii informacji genetycznej, które będą stanowiły matrycę do biosyntezy białka. Kolejność ekspresji informacji genetycznej.1. replikacja ZACHODZI W JĄDRZE 2. transkrypcja 3. translapcja (biosynteza białka) - cytoplazma,4.odwrotna translacja Kod genetyczny- jest to system zapisu informacji genetycznej w którym każdemu aminokwasowi odpowiada określony kodon. Kodon- (triplet)- to trzy kolejne nukleotydy wyznaczające aminokwas. 1 aminokwas- 3 nukleotydy, 1 triplet-3 nukleotydy, 1kodon = 30 aminokwasów. 90 nukleotydów = 30 aminokwasów DNA T A C C G A A T T nić matrycowa A T G G C U U A A mRNA A U G G C U U A A Biosynteza zawsze zaczyna się od aminokwasu Metioniny. 3 kodony kończące to: UUA, UGA, UAG. Antykodon jest to trójka zasad charakterystyczna dla danego aminokwasu, oraz komplementarna do kodonu tego aminokwasu znajdującego się w mRNA. Występuje on w cząsteczce tRNA biorącej udział w translacji. Podczas tego procesu przyłącza się on do komplementarnej trójki zasad w mRNA wraz z znajdującym się na przeciwnym końcu cząsteczki tRNA aminokwasem. Kod genetyczny jest: - trójkowy - trzy sąsiadujące ze sobą nukleotydy (tzw. kodon) określają jeden aminokwas, - bezprzecinkowy - sekwencja zasad jest odczytywana kolejno, - niezachodzący - kodony leżą kolejno jeden za drugim i nie mają elementów wspólnych, - jednoznaczny - jeden kodon koduje tylko jeden aminokwas, - zdegenerowany - jeden aminokwas może być kodowany przez kilka rożnych kodonów, - kolinearny kolejność ułożenia kodonów w łańcuchu polinukleotydowym kwasu odpowiada kolejności ułożenia aminokwasów w białku, - uniwersalny - zasady kodowania oraz znaczenie kodonów są takie same u wszystkich organizmów. Informacyjny RNA (mRNA) w sekwencji swoich nukleotydów ma zakodowaną informację o sekwencji aminokwasów w białku. Geny eukariotyczne składają się z sekwencji kodujących białko (tzw. eksonów) oraz z sekwencji niekodujących białko (tzw. intronów). Z utworzonej cząsteczki RNA wycinane są introny, a eksony łączone w cząsteczkę mRNA, która dopiero wtedy opuszcza jądro. Rybosomalny RNA (rRNA) jest głównym składnikiem rybosomów, pełni funkcje katalityczne i strukturalne. Transportujący RNA (tRNA) przenosi zaktywowane aminokwasy do rybosomów. Ma unikalną strukturę przestrzenną określaną mianem „liścia koniczyny”. Najistotniejsza w tRNA jest pętla antykodonowa, zawierająca tzw. antykodon, tj. trojkę nukleotydów, która umożliwia rozpoznanie kodonóww mRNA. Do końca 3' następuje przyłączenie właściwego aminokwasu. Translacja polega na przetłumaczeniu informacji genetycznej zawartej w sekwencji nukleotydów w mRNA na sekwencję aminokwasóww syntetyzowanym białku. Proces translacji poprzedza aktywacja aminokwasu (aminoacylacja), która polega na przyłączeniu do tRNA odpowiedniego aminokwasu. Biosynteza białek odbywa się na rybosomach. Nukleotydy składają się z zasady organicznej (pochodnej puryny lub pirymidyny), pentozy (D-rybozy lub D-2-deoksyrybozy) oraz kwasu ortofosforowego. W skład kwasów nukleinowych wchodzą zasady pirymidynowe: cytozyna, uracyl, tymina. elektrostatyczne oddziaływania rolę kwasu spełniają reszty fosforowe kwasów nukleinowych lub grupy karboksylowe aminokwasów kwasowych, a rolę zasady - grupy aminowe aminokwasów zasadowych lub grupy aminowe zasad purynowych i pirymidynowych; 2) wiązania wodorowe między odpowiednimi atomami azotu i tlenu zasad azotowych i aminokwasów; 3) wiązania chelatowe, w których jon dwuwartościowego metalu łączy się ze związkiem organicznym dwoma wiązaniami, tj. jonowym, w którym zastępuje np. jon wodoru i drugim - koordynacyjnym - z inną grupą związku organicznego Niewielki dodatek np. NaHCO3, zwiększa rozpuszczalność nukleoprotein, powoduje odszczepienie się kwasów nukleinowych od białka, a nawet degradację kwasów rybonukleinowych bardziej wrażliwych na hydrolizę zasadową. 0,6% roztworem NaCl, w którym rozpuszczają się rybonukleoproteiny deoksyrybonukleoproteiny ekstrahuje się 10% roztworem NaCl, następnie wytrącić za pomocą alkoholu etylowego. OTRZYMYWANIE DNA Z WĄTROBY. Wątrobę pokroić i homogenizować z 40ml oziębionego do 4st C 0,6% NaCl w cytrynianie sodu przez 3 minuty, wirować 10 min, osad do zlewki i dodać 10% NaCl, do łaźni z lodem i ekstrahować 15 minut i odwirować, dodać alkoholu 96% i zebrać DNA. OTRZYMYWANIE RNA Z DROŻDŻY. Drożdże i 40 ml 0,4% NaOH, osad odwirować, supernatant przenieść i zakwasić 15 ml 5% kwasu octowego, do wirówki z 40ml etanolu i (3000 obr./min przez 10 minut) i rozpuścić w małej ilości 0,4% NaOH IDENTYFIKACJA SKŁADNIKÓW NUKLEOPROTEIN. Hydrolizy związków do kwasu fosforowego, pentozy oraz zasad azotowych, a następnie ich rozdziału. Lub Niehydrolizowane kwasy nukleinowe (DNA i RNA) wykazują reakcję wspólną na obecność pentoz, tzw. reakcję Biala i Tollensa. reakcją odróżniającą oba typy kwasów w formie niehydrolizowanej jest reakcja Dischego na obecność -D-2-deoksyrybozy WYKRYWANIE BIAŁKA - BIURETOWA 1 ml próbki badanej + 2 ml 10% NaOH + 2-3 krople 1% roztworu CuSO4 WYKRYWANIE PENTOZ: PRÓBA TOLLENSA 1ml stężonego HCl i po 1 ml floroglucyny i ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej, czerwona PRÓBA BIALA 2 ml 0,2% roztworu orcyny w 20% roztworze HCl i dodać kroplę 1% roztworu FeCl3. Ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej 5-10 minut. Zielona ODRÓŻNIENIE DNA OD RNA - REAKCJA DISCHEGO polega na tworzeniu w środowisku kwaśnym przez 2-deoksyrybozę zdifenyloaminą produktu kondensacji o barwie niebieskiej.3 ml 0,4% NaOH i dokładnie rozgnieść bagietką (przesączyć. Do 1 ml przesączu 2 ml odczynnika dwufenyloaminy. ogrzewać 10 minut we wrzącej łaźni wodnej. DNA barwa niebieska. WYKRYWANIE ZASAD PURYNOWYCH PRÓBA Z AgNO3 5 ml 5% H2SO4 i ogrzewać 30 minut na wrzącej łaźni. Zobojętnić stężonym amoniakiem wobec czerwieni metylowej i odsączyć. dodać kilka kropli 10% AgNO3. biały osad PRÓBA MUREKSYDOWA próbki do parowniczek, kilka kropel HNO3 i odparować do sucha. zwilżyć kilkoma kroplami amoniaku w obecności zasad purynowych pojawia się czerwone zabarwienie purpuranu amonu (mureksydu). WYKRYWANIE KWASU ORTOFOSFOROWEGO0,3 ml 0,5 M HCl i po przykryciu korkami plastikowymi ogrzewać we wrzącej łaźni 15 minut. Po oziębieniu dodać 1 ml odczynnika molibdenowego i 1 ml reduktora. na chwilę do wrzącej łaźni wodnej. niebieski kompleks fosforowo-molibdenowego. Kodon- fragment DNA określający jeden aminokwas, odczyt od N-końca
Pirymidowe: Cytozyna- 2-hydroksy-4-aminopirymidyna Uracyl- 2,4-dihydroksypirymidyna Tymina- 2,4-dihydroksy-5-metylopirymidyna Purynowe: Adenina- 6-aminopuryna Guanina- 2-amino-6-hydroksypuryna Hipoksantyna- 6-hydroksypuryna Forma laktamowa: ketonowa forma przy C-2 Nietypowe: 6-Nmetylo-, 6-N-dimetyloadeniny, pseudourydyny Pentozy w kw: B-D-ryboza i B-D-2-deoksyryboza, łączą się przez C-1 z NH i estrowym z OH przy C-3 i 5 Zasada org+ aldopentozą wiązaniem N-glikozydowym daje nukleozyd, a estrowo w C-5 fosforanu - nukleotyd W hydrolizatach (śr. Naturalne) są też nukleozydo-3-monofosforany Nukleotrifosforany: ATP, GTP, UTP, koenzymy: NAD+,NADP+,FAD Budowa DNA: łańcuch dwuniciowy skręcony w heliks w którym obie nici są spojone jednoznacznie (deoksy)rybozy i fosforanu, zasady na zewnątrz, nukleotydy powiązane diestrowo przez fosforan z OH i z C-5` pentozy własnego nukleotydu, a drugą grupą OH łączy się z C-3`następnego nukleotydu. Cechy: -2 odwrotnie skierowane łańcuchy oplatają hipotetyczną oś -Płaszczyzny zasad są prostopadłe do osi heliksu -wielkości cząsteczek pary zasad pasują do odległości miedzy łańcuchami sacharydonowo-fosforanowymi -średnica heliksu 2 nm, odległość między zasadami 0,34 nm -kolejność zasad w łańcuchu nie jest ograniczona Mutacje: efekt metaboliczny, morfologiczny, letarny Genomy prokariotów: np. E.coli. chromosom bakteryjny, DNA nie oddzielony od cytosolu, chromosom kulisty, ok 59 domen(pętli) Eukariotów: w jądrze, 10^8 par zasad i 40k odrębnych genów, sekwencje pojedyncze i powtarzalne Geny: podzielone: introny(wewnętrzne) i eksony(do syntezy białek) DNA jako chromosomy-ściśle upakowane z białkami histonowymi Selenoidem-heliks wyższego rzędu, z 6 nukleosomów RNA-mniejsze masy od DNA, w cytoplazmie i w jądrze. Zamiast tyminy uracyl, często pojedyncze łańcuchy RNA komórkowy: transportujący 25kDa, informacyjny mRNA- w jądrze i w cytoplazmie rRNA-w rybosomach, matryca do łańcuchów polipeptydowych, snRNA do dojrzewania mRNA Replikacja-rozplecienie podwójnego heliksu na dwie nici i odbudowę od każdej z nich nowej. Polimeraza do syntezy DNA Replikacja DNA u prokariotów: Różnice: u prokariotów kolistych chromosomów, replikacja zaczyna się w oczku replikacyjnym Replikacja Dna u eukariotów: 10 razy wolniej,
|
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Budowa DNA sciaga id 94104 (2)
DNA ściąga, BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI KWASÓW NUKLEINOWYCH
BUDOWA CHEMICZNA DNA, Genetyka
Budowa i lokalizacja DNA ppt
funkcja i budowa DNA
Mozaikowa budowa DNA
19142-budowa dna, semestr IV, genetyka, Genetyka
BUDOWA KWASU DNA, Prezentacje Biologiczne PPT, DNA-budowa i funkcje
1) DNA (budowa + ekspresja) i regulacja ekspresji, I rok, I rok, gieldy, pen, medycyna, 1 semestr, B
Budowa i Replikacja Dna
BM2 Budowa DNA
genetyka, Budowa DNA, Budowa DNA:
11941-budowa dna replikacja i cechy kodu genetycznego, semestr IV, genetyka, Genetyka
BUDOWA CHEMICZNA DNA, Genetyka
DNA budowa i replikacja
Budowa i lokalizacja DNA ppt
Budowa i funkcje DNA i RNA
więcej podobnych podstron