Transcript
Prokariota i Eukariota
W komórkach organizmów żywych ilość DNA jest zazwyczaj stała i charakterystyczna dla danego gatunku.
ILOŚĆ DNA PRZYPADAJĄCA NA APARAT GENETYCZNY WZRASTA WRAZ Z BARDZIEJ FILOGENETYCZNIE ZAAWANSOWANĄ POZYCJĄ ORGANIZMU.
Zawartość DNA w komórkach różnych organizmów Zawartość DNA w komórce
Organizm
E.coli Neurospora Aspergillus Drosophila Kukurydza Mysz Człowiek
na haploidalny zespół chromosomów w mg
Liczba par nukleotydów
0,004 x 10-9 0,02 x 10-9 0,043 x 10-9 0,085 x 10-9 8,4 x 10-9 3,0 x 10-9 3,25 x 10-9
4,3 x 106 1,9 x 107 4,0 x 107 8,0 x 107 7,0 x 109 2,5 x 109 2,9 x 109
Wirusy pod względem materiału genetycznego można podzielić na: 1. RNA wirusy – materiałem genetycznym jest RNA • • • • • •
RNA-fagi TMV - wirus mozaiki tytoniu BMV – wirus mozaiki stokłosy Wirus Polio Wirus wścieklizny Wirus grypy
15 nm
BMV virus
Wirus Mozaiki Stokłosy (BMV)
Wirusy pod względem materiału genetycznego 2. DNA wirusy – materiałem genetycznym jest DNA: – W postaci jednoniciowego DNA – W postaci dwuniciowego DNA liniowego – W postaci dwuniciowego DNA liniowego przechodzącego w formę kolistą – W postaci dwuniciowego kolistego DNA
Schemat budowy bakteriofaga T4
Syphovirus
Wirusy pod względem materiału genetycznego 3. RNA/DNA wirusy – retrowirusy – stanowią dużą rodzinę zwierzęcych wirusów. W ich wirionach znajduje się enzym – odwrotna transkryptaza, kopiujący genom RNA wirusa do postaci komplementarnego DNA: – – – –
HIV 1 i HIV 2 SIV HTLV – wywołujący białaczki limfocytów T BLV – wywołujący białaczki limfocytów B
Schemat budowy wirusa HIV
Genom prokariotyczny
Genom prokariotyczny • Kolista cząsteczka DNA zlokalizowana w nukleoidzie • DNA jest związany z rdzeniem białkowym, od którego rozchodzi się promieniście 40-50 superskręconych pętli (100 kb DNA) • 90% DNA jest związany z genami.
Nukleoid E.coli (jaśniej wybarwiony)
Figure 8.1 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Figure 8.2 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Figure 8.3 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Składniki białkowe nukleoidu: • Gyraza DNA • Topoizomeraza DNA Oba enzymy odpowiedzialne za utrzymanie stanu superskręcenia. • Białka pakujące – HU – tworzy tetramer, wokół którego nawinięte jest DNA (ok. 60pb). W jednej komórce E. coli jest ok. 60 tys. Cząsteczek. – Co najmniej trzy inne rodzaje białek wspomagających.
Figure 8.5 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
Plazmid - mała kolista cząsteczka DNA występująca poza nukleoidem.
Plasmid pBR322 Map
Cykl komórkowy – cykl życia komórki
Interfaza
Posttelofaza – segregacja i dekondensacja chromosomów, degradacja wrzeciona i reorganizacja otoczki jądrowej. Liczne procesy transkrypcyjne i translacyjne mające na celu zwiększenie rozmiarów komórki i Preprofaza – przygotowanie odbudowanie wszystkich jej komórki do podziałów przez struktur syntezę niezbędnych białek, głównie mikrotubul wrzeciona podziałowego Replikacja DNA
Mitoza
Faza G0 Endopoliploidyzacja
Różnicowanie
G0
G1 Apoptoza
Regulacja cyklu komórkowego
Podstawowe mechanizmy regulacji cyklu komórkowego są wysoce konserwatywne U wszystkich eukariontów cykl komórkowy obejmuje dwa najważniejsze zdarzenia: 1. Replikacja DNA 2. Segregacja chromosomów Wyznaczają one dwa krytyczne punkty kontrolne: 1. Przejście z fazy G1 do S 2. Przejście z fazy G2 do podziału (M)
Czy replikacja DNA jest zakończona? G2
Czy uszkodzenia DNA są naprawione?
Wejście w mitozę
S
M Rozpoczęcie fazy S
G1
Czy segregacja chromosomów zakończona?
Wyjście z mitozy
Czy poprzednia mitoza jest jest zakończona? Czy warunki środowiska są odpowiednie?
Czy komórka jest dostatecznie duża?
Podstawą kontroli cyklu komórkowego są reakcje fosforylacji, w których kinazy białkowe przenoszą grupy fosforanowe z ATP na odpowiedni aminokwas białka docelowego!
System kontroli cyklu komórkowego oparty jest na dwóch grupach białek: 1. Kinazy zależne od cykliny (CDK – ang. cyclin-dependent kinases) – białka katalityczne obecne w komórkach podczas całego cyklu, ale aktywne tylko w określonej fazie 2. Cykliny (CYC – ang. cyclin) – kontrolują zdolność CDK do fosforylacji poprzez przyłączanie się do nich.
Różne kompleksy cyklina-CDK włączają różne etapy cyklu komórkowego 1. Kompleks cykliny G1 połączonej z CDK jest konieczny przy przejściu z fazy G1 do S. 2. Kompleks cykliny mitotycznej połączonej z CDK jest konieczny przy przejściu z fazy G2 do M. Aktywacja i inaktywacja kompleksu cyklinaCDK jest istotnym procesem w regulacji cyklu komórkowego.
CDK
+
Cyklina
G2
CDK Cyklina A
CDK Cyklina B S
M
G1 CDK Cyklina E
Replikacja DNA • Semikonserwatywny proces, polegający na odtworzeniu nowych cząsteczek DNA na matrycy starych cząsteczek. • Z jednej cząsteczki starego DNA powstają dwie nowe cząsteczki, z których każda zawiera jedną nić starą i jedną nowo dobudowaną.
• Replikacja zawsze zaczyna się w tym samym punkcie wzdłuż łańcucha DNA nazywanym miejscem inicjacji replikacji:
U Procaryota jest jedno miejsce inicjacji replikacji
U Eucaryota jest wiele miejsc inicjacji replikacji
Oczko replikacyjne Nowo syntetyzowany DNA
Macierzyste nici DNA Enzymy zaangażowane w syntezę DNA Widełki replikacyjne przemieszczają się w dwóch przeciwnych kierunkach
Replikon • Odcinek DNA znajdujący się pod kontrolą jednego oczka replikacyjnego
Kompleks enzymów replikacyjnych 1. Helikazy i białka wiążące jednoniciowy DNA • •
•
Destabilizują podwójny heliks Otwierają widełki replikacyjne przez rozrywanie mostków wodorowych Przygotowują matrycę do kopiowania
2. Topoizomerazy •
Likwidują skręcenie heliksu na skutek otwierania widełek
3. Prymazy •
Katalizują proces tworzenia starterów
Kompleks enzymów replikacyjnych 4. Polimeraza DNA •
Katalizuje przyłączanie nukleotydów – kluczowy enzym replikacyjny
Polimerazy DNA bakteryjne Enzymy
Podjednostki
Aktywność egzonukleazy 3` 5`
Funkcje
5` 3`
Polimeraza DNA I
1
Tak
Tak
Polimeraza DNA II
1
Tak
Nie
Polimeraza DNA III
ok. 10
Tak
Nie
Replikacja i naprawa DNA Naprawa DNA Główny enzym replik.
Polimerazy DNA eukariotyczne Enzymy
Podjednostki
Aktywność egzonukleazy 3` 5`
5` 3`
Polimeraza DNA 4 Polimeraza DNA β 1 Polimeraza DNA γ 2 Polimeraza DNA δ 2 lub 3
Nie Nie Tak Tak
Nie Nie Nie Nie
Polimeraza DNA ε 1 lub więcej
Tak
Nie
Funkcje
Synteza starterów Naprawa DNA Replikacja mtDNA Główny enzym replik. Replikacja DNA (dokładna funkcja nie jest znana)
Kompleks enzymów replikacyjnych 4. RNA-azy •
Degradują starterowe RNA
5. Ligazy •
Łączą powstałe luki w jedną ciągłą nić
Helikazy
Białka wiążące jednoniciowy DNA
Polimeraza DNA
Nić prowadząca
Topoizomerazy
Starter
Macierzysty DNA
Fragmenty Okazaki RNA prymazy Polimeraza DNA
Ligaza Kierunek replikacji
Nić opóźniona
Wierność kopiowania
• 1 błąd na 109 włączonych nukleotydów
System zabezpieczający chromosomy przed skracaniem • Zapobiega skracaniu się heliksu DNA po replikacji. • Systemem tym są sekwencje telomerowe znajdujące się na końcach każdej cząstki DNA. • Są to krótkie powtarzające się sekwencje nukleotydów, np. TTGGGG, syntetyzowane przez enzym telomerazę i dodawane do końcowych odcinków DNA niezależnie od zwykłej replikacji DNA.
Telomery