Wszystko.pdf

Biosynteza białek

Aminokwasy

1. W skład cząsteczek białkowych wchodzą: węgiel, wodór, tlen, azot i czasami siarka

2. Aminokwasy stanowią podjednostki, które łączą się ze sobą tworząc cząsteczki białek,

3. Powszechnie w białkach występuje 20 rodzajów aminokwasów

Rzędowość białek:

• Struktura I rzędowa – to kolejność występowania aminokwasów w łańcuchu białka.

• Struktura II rzędowa:

a) struktura alfa-heliksu – stabilizowana jest wiązaniami wodorowymi pomiędzy

atomami tlenu i wodoru.

b) struktura beta (harmonijka) – szkielety łańcuchów poplipeptydowych są

rozciągnięte, a sposób ich pofałdowania PRZYPOMINA HARMONIJKĘ

• Struktura III rzędowa – jest efektem pofałdowania i zwinięcia się łańcucha, mającego już

określoną strukturę drugorzędową, w układ przestrzenny. Stabilizują ją mostki disiarczkowe,

wiązania wodorowe i hydrofobowe.

• Struktura IV rzędowa – nie wszystkie białka ją posiadają. Mają ja białka, które składają się z

dwóch lub więcej liczby łańcuchów polipeptydowych.

Biosynteza białka

Replikacja – początek procesu – w pierwszym etapie replikacji działa enzym – helikaza – rozrywa

wiązania wodorowe między nićmi matrycowego DNA, rozkręcając helisę i umożliwiając

rozpoczęcie procesu.

Replikacja – widełki replikacyjne – powstanie widełek replikacyjnych rozpoczyna proces

replikacji. Prymaza syntetyzuje starter.

Replikacja – kierunek biosyntezey – synteza DNA przebiega w kierunku 5` - 3`.

Replikacja – mechanizm działania – widełki replikacyjne są asymetryczne. Obydwa nowe

łańcuchy są syntetyzowane w kierunki 5`-3`, nie opóźniona DNA powstaje z początku w fostaci

fragmentów Okazaki, które ulegają późniejszemu kowalencyjnemu połączeniu.

Replikacja – fragmenty Okazaki – na opóźnionej nici DNA jest syntetyzowany w postaci

fragmentów. Wycięcia nici RNA pozostawia lukę, którą wypełnia naprawcza polimeraza DNA,

która katalizuje tworzenie się wiązania fosfodiestrowego.

Naprawa DNA

1. Polimeraza DNA

sprawdza produkt powstający podczas replikacji.

2. Potrzeba korekty wyjaśnia dlaczego łańcuchy DNA są syntetyzowane tylko w kierunku od

5` do 3`.

3. Błędy powstające podczas replikacji DNA są korygowane przez komórkę.

Transkrypcja (przepisanie sygnału na rozplecionej nici DNA)

Przebieg transkrypcji:

1. Inicjacja – wiązanie się polimerazy RNA z matrycową nicią DNA w rejonie promotorowym.

2. Elongacja – przesuwani się kompleksu polimerazy RNA wzdłuż nici DNA – tworzenie

łańcucha mRNA komplementarnego względem nici DNA (bąbel traskrypcyjny).

3. Terminacja – napotkanie sygnału terminacji powoduje koniec syntezy łańcucha

Translacja (przepisanie na tworzącą się cząsteczkę białka)

tRNA:

1. Do końca 3` tRNA przyłącza się aminokwas – tworzy się aminocylo-tRNA, które bierze

udział w procesie translacji.

2. Zadaniem tRNA jest transport aminokwasów na rybosom, gdzie zachodzi synteza białka.

3. Antykodon tRNA łączy się z kodonem łańcucha mRNA w sposób komplementarny.

Translacja – przebieg procesu:

1. Inicjacja - tworzenie się kompleksu inicjującego 70S złożonego z: rybosomu, mRNA i

aminoacylo-tRNA.

2. Elangacja- tworzenie się łańcucha polipetydy.

3. Terminacja – nie kodują żadnego aminokwasu. Uwalnia łańcuch polipetydowy do

cytoplazmy komórkowej.

Cykl komórkowy – replikacja komórkowego DNA i podział komórki na dwie komórki potomne

stanowią dwa główne etapy podziały komórkowego. Powtarzające się procesy podziałów

komórkowych, gdzie potomne komórki kontynuują podziały tworząc następne pokolenia, mogą być

postrzegane jako powtarzające się cykle replikacji DNA i następujących po nich podziałów

komórkowych. Procesy te określa się jako cykl komórkowy.

Podział komórkowy jest procesem ukierunkowanym i podlegającym regulacji. Przystąpienie

komórki do podziału przed ukończeniem replikacji jej DNA byłoby decyzją katastrofalną, podobnie

jest utworzenie drugiej kopii DNA bez następnego po tym podziału komórkowego. Dlatego

możemy uważać poliferację komórek za cykliczny proces koordynowany przez maszynerię cyklu

komórkowego, której zadaniem jest zapewnienie przebiegu procesów komórkowych.

Fazy cyklu komórkowego – ponieważ procesy replikacji DNA i podziału komórkowego zachodzą

w różnych i regulowanych podziałach czasowych, można wyodrębnić w nim 4 fazy:

1. G1 (najdłuższa faza) – faza przerwy podczas której komórki przygotowują się do replikacji.

2. S – inaczej faza syntezy DNA, podczas której w procesie replikacji DNA powstaje

kompletna kopia każdego z chromosomów.

3. G2 – krótka faza przerwy pomiędzy fazą S a mitozą.

4. M – mitoza, podział komórki, podczas którego nowe chromosomy są równo rozdzielane

pomiędzy dwie potomne komórki. Mitozę można podzielić na profazę, w trakcie której

chromosomy ulegają kondensacji; metafazę, kiedy siostrzane chromatydy łączą się

centromerami zanim zostaną umieszczona w centrum komórki i końcową anafazę, gdy

siostrzane chromatydy rozdzielają się.

Kontrola i regulacja – inicjacja cyklu podziału komórkowego wymaga obecności

zewnątrzkomórkowych czynników wzrostu, tzw. mitogenów. W przypadku braku mitogenów

komórki wycofują się z cyklu komórkowego w fazie G1 i wchodzą w spoczynkową fazę G0. Punkt

fazy G1, w którym zbierana jest informacja na temat środowiska otaczającego komórkę, i w którym

komórka podejmuje decyzję wejścia w następny etap cyklu, nazywany jest punktem restrykcyjnym

(punkt R). Komórki, które są pozbawione mitogenów przed osiągnięciem punktu R, wchodzą w

fazę G0 po zakończeniu podziału. W większości typów komórek punkt R osiągany jest kilka godzin

po mitozie. Punkt R ma kluczowe znaczenie w decyzjach komórki co do jej dalszych losów.

Przerwa w fazie G1 pomiędzy mitozą a osiągnięciem punktu R jest czasem, w którym pojawia się

wiele sygnałów i oddziaływań decydujących o losach komórki.

Takie momenty cyklu komórkowego jak punkt R, kiedy cykl może zostać zatrzymany, nazywane są

punktami kontrolnymi (ang. checkpoints). Punkty kontrolne mają miejsce w fazach G1 i G2.

„Atest” wydawany przez te punkty gwarantuje, że komórka jest zdolna do przystąpienia do

następnej rundy replikacji DNA (w punkcie R fazy G1) i że replikacja DNA została z sukcesem

zakończona przed podziałem komórki (punkt kontrolny fazy G2).

Chromosomy prokariotyczne i eukariotyczne – chromosom prokariotyczny jest zbudowany z

pojedynczej cząsteczki DNA. Ma on zwykle kolisty kształt i zawiera jedynie niewielkie ilości

związanych z nim białek. Każdy taki chromosom ma jedno miejsce początku replikacji DNA. U

Eukariota chromosomy mają postać liniową, ich DNA jest ściśle połączony z dużą ilością białek.

Każdy chromosom eukariotyczny ma wiele miejsc początku replikacji DNA.

Morfologia chromosomów – chromosomy eukariotyczne są widoczne jedynie w czasie podziału

komórki, gdy zostaną już zreplikowane. Można je wtedy obserwować w mikroskopie świetlnym.

Na podstawie położenia centromeru chromosomy dzielimy na: metacentryczne, submetacentryczne,

akrocentryczne i telocentryczne. W obrębie danego gatunku każdemu autosomowi odpowiada

konkretny numer przypisany pozycji, jaką dany chromosom zajmuje w kariotypie. Kariotyp to

chromosomy ułożone w kolejności od największego do najmniejszego. W identyfikacji

poszczególnych chromosomów pomagają zwory prążkowe, które dają też pewne informacje na

temat ich struktury wewnętrznej. Na przykład prążki G tworzą serię jasnych i ciemnych pasków

wzdłuż całej długości chromosomu. Ciemne prążki C odpowiadają regionom zbudowanym z

konstytutywnej heterochromatyny.

Wyspecjalizowane struktury chromosomów – centromer to część chromosomu, do której

dołączają się włókienka wrzeciona podziałowego. Biorą w tym udział specyficzne struktury

białkowe – kinetochory. Centromery są zbudowane z DNA satelitarnego, zawierają w większości

wysoce powtarzalne sekwencje zasad. Wyspecjalizowane struktury na końcach chromosomów to

telomery. One również są zbudowane z krótkich, powtarzających się sekwencji DNA. Liczba tych

powtórzeń w komórkach somatycznych maleje z wiekiem, lecz w komórkach rozrodczych i

nowotworowych jest, przez enzym telomerazę, utrzymywana na stałym poziomie. Telomery

zapobiegają rekombinacji pomiędzy końcami chromosomów. Regiony będące organizatorami

jąderka (NOR – ang. nucleolar organizer regions) zawierają tandemowe powtórzenia genów

rybosomowego RNA i są zlokalizowane w przewężeniach wtórnych. Jeśli poza NOR wystaje

pewien odcinek chromosomu, to nazywany jest on satelitą lub trabantem.

Molekularna struktura chromosomów – chromatyna to materiał, z którego zbudowane są

chromosomy. Jest produktem asocjacji DNA i białek; zasadowych – histonów oraz kwaśnych białek

niehistonowych. Histony wraz z nawiniętą na nie nicią DNA tworzą nukleosomy. Nukleosom

składa się z podwójnego dysku, utworzonego z ośmiu cząsteczek, po dwie każdego z histonów

H2A, H2B, H3 i H4. Wokół takiego oktameru owinięty jest odcinek DNA o długości 146 par zasad.

Każdy nukleosom jest powiązany z następnym za pomocą DNA łącznikowego. Z zewnętrzną stroną

rdzenia nukleosomu łączy się pojedyncza cząsteczka histonu H1. Jest ona odpowiedzialna za dalsze

fałdowanie się nukleosomów w solenoid i kolejne, bardziej kompleksowe struktury. W tworzeniu

rusztowania chromosomowego i regulacji genów biorą udział kwaśne białka.

Chromatyna funkcjonalna i niefunkcjonalna – postacią nieaktywną jest heterochromatyna,

natomiast euchromatyna bierze aktywny udział w transkrypcji RNA. W mikroskopie świetlnym

heterochromatyna jest widoczna w formie ciemnej wybarwionych miejsc, w mikroskopie

elektronowym ma większą gęstość i jest bardziej skondensowana niż euchromatyna. Część

chromatyny może występować zarówno jako heterochromatyna, jak i euchromatyna. Jest to tak

zwana heterochromatyna fakultatywna. Jeden z dwóch chromosomów X w komórkach samic

ssaków występuje w formie heterochromatyny. Tworzy małe, ciemne ciałko związane z błoną

jądrową, tzw. ciałko Barra. Chromatyna, która stale jest heterochromatyczna, nazywana jest

heterochromatyną konstytutywną i po odpowiednim wybarwieniu może być rozpoznawana w

postaci prążków C.

Zaburzenia liczby chromosomów – poliploidyzacja to zwielokrotnienie całkowitej haploidalnej

liczby chromosomów. Jest rzadka u zwierząt, częsta u roślin. Małe zmiany w liczbie chromosomów

to aneuploidyzacja. U ludzi ponad 4% płodów to aneuploidy, lecz tylko niewiele z nich dożywa

narodzin. U tych, które przeżywają, zaburzenia dotyczą mniejszych chromosomów lub

chromosomów płci. Aneuploidy powstają w wyniku nondysjunkcji homologicznych chromosomów

lub chromatyd. Częstość tych mutacji wzrasta wraz z wiekiem matek. Translokacje mogą być

przyczyną np. dziedziczne trisomii chromosomu 21. Utrata chromosomu ma dużo poważniejsze

skutki niż przyłączenie dodatkowego chromosomu. Osobniki aneuploidalne są często mozaiką

chromosomową.

Genom człowieka – określenie „genom człowieka” jest używane do opisania różnych typów

sekwencji, które razem składają się na DNA w ludzkiej komórce. DNA w genomie człowieka ma

długość około 3 miliardów par zasad (pz) i ocenia się, że zawiera on 30 000 genów. DNA jest

zorganizowany jako zestaw 23 chromosomów, z których każdy jest jedną, dwuniciową cząsteczką

DNA o długości 50-250 milionów pz. Geny i sekwencje związane z genami stanowią 25% DNA.

Pozostała część zwana jest pozagenowym DNA, a jej funkcja nie jest znana.

Geny – informacja kodująca w genach zapisana jest w seriach segmentów sekwencji DNA zwanych

eksonami, porozdzielanych od siebie niekodującymi sekwencjami, tzw. intronami. Geny mają różną

długość i różnią się też liczbą i wielkością intronów. Pewne geny, takie jak gen histonu H4, maja

długość kilkuset par zasad. Inne, takie jak gen czynnika VIII, mają długość kilku set tysięcy par

zasad (kpz) i zawierają wiele dużych intronów, tak że sekwencja kodująca stanowi zaledwie parę

procent całej sekwencji genu. Istnieją dodatkowe sekwencje, które są zasocjowane z genami.

Początkowe i końcowe sekwencje genu, które występują na jego końcach 5` i 3` ulegają

transkrypcji ale nie translacji. Sekwencja promotorowe, które występują przed miejscem początku

transkrypcji, regulują syntezę mRNA kodowanego przez dany gen. Promotor może rozciągać się na

przestrzeni około 1 kpz powyżej genu, ale inne sekwencje regulatorowe, które także wpływają na

transkrypcję, mogą się znajdować w miejscach znacznie bardziej odległych.

Rodziny genów – pewne geny występują jako rodziny zawierające wielokrotne kopie genów o

identycznej lub podobnej sekwencji. Geny w rodzinie mogą się znajdować w jednym locus bądź

wielu loci . Rodziny genów mogą również występować jako indywidualne zespoły w wielu loci .

Pseudogeny – są to takie geny w rodzinach genów, które nabyły jedną lub więcej inaktywujących

je mutacji. Pseudogeny to odcinki DNA, które są zmienionymi kopiami mRNA powstałymi

prawdopodobnie na skutek mechanizmu obejmującego odwrotną transkrypcję. Fragmenty genów są

nieaktywnymi genami, w których brakuje części genu rodzicielskiego. Sądzi się, że powstały one w

wyniku delecji lub rekombinacji pewnych sekwencji oryginalnego genu.

Pozagenowy DNA – złożony jest z sekwencji, które nie są genami ani sekwencjami związanymi z

genami lub pseudogenami. Stanowią one 75% genomu. Większość sekwencji pozagenowych (70-

80%) jest unikatowa lub występuje w niewielkiej liczbie kopii. Pozostała część (20-30%) składa się

z umiarkowanie lub często powtarzalnych sekwencji występujących jako tandemowe szeregi lub

rozproszonych po całym genomie. Funkcja pozagenowego DNA nie jest znana.

Mutacje – są to zmiany normalnej sekwencji DNA organizmu spowodowane działaniem

czynników chemicznych i fizycznych lub błędami w replikacji DNA Mutacje są utrwalane w

wyniku podziałów komórkowych. Rodzaj mutacji i skutek jej działania są określone przez genotyp i

fenotyp. Organizmy mogą posiadać fenotyp dziki lub zmutowany. Istnieją mutacje punktowe i

większe. Tylko mutacje w regionie kodującym genów maja wpływ na funkcje białek.

Mutacje punktowe – dotyczą zmiany pojedynczej zasady. Mutacje zmiany sensu zmieniają

pojedynczy aminokwas. Mutacje nonsensowe tworzą kodony stop i powodują powstawanie

krótszych polipetydów. Mutacje powodujące przesunięcie ramki odczytu to insercje i delecje zasad.

Mutacje ciche dotyczą trzeciej zasady kodonu i nie powodują zmiany kodowanego aminokwasu.

Nagromadzają się one w DNA, powodując jego polimorfizm. Mutacje punktowe mają różny wpływ

na biologiczną aktywność kodowanych białek.

Większe mutacje – polegają one na zmianach większej niż jednej zasady DNA. Delecje polegają

na usunięciu zasad. Usuniętym fragmentem równie dobrze może być pojedyncza zasada (mutacja

punktowa), jak i cała sekwencja genu. Insercje polegają na włączeniu dodatkowych zasad.

Rearanżacje dotyczą segmentów sekwencji DNA, które mogą ulegać zmianie w obrębie genu lub

poza nim. Mutacje tego typu zazwyczaj powodują całkowitą utratę aktywności biologicznej

kodowanego białka.

Podstawy genetyki Mendlowskiej

Podstawowe założenia – każda dziedziczna cecha dotycząca wyglądu, tak jak np. kolor oczu,

składa się na nasz fenotyp. Wszystkie fenotypy są efektem działania specyficznych genów lub ich

kombinacji zapisanych w genotypie. U mieszańca jeden fenotyp może dominować nad drugim.

Czyste linie są łańcuchem osobników (gatunków) krzyżowanych wsobnie od wielu pokoleń i

mających ten sam ustalony fenotyp.

Krzyżówki jednocechowe - krzyżówki między czystymi liniami (homozygotycznymi), różniącymi

się jedną cechą, dają potomstwo o jednakowym fenotypie. Jest to pokolenia F1 założone wyłącznie

z osobników heterozygotycznych. Jeśli skrzyżuje się je między sobą, powstanie pokolenie F2, w

którym pojawia się fenotypy rodzicielskie w stosunku liczbowym 3 : 1. Dominujące fenotypy będą

występowały trzykrotnie częściej niż recesywne. Każdy osobnik ma dwa allele (kopie) danego

genu. U homozygot są to allele identyczne, u heterozygot każdy z nich jest inny. Różnice między

allelami są wynikiem mutacji.

Rozpoznawanie heterozygot – gdy skrzyżujemy heterozygotę F1 z homozygotą recesywną,

otrzymamy jedynie dwie klasy potomstwa. Fenotypy dominujące i recesywne będą miały taką samą

liczebność. Taka krzyżówka jest krzyżówką testową.

Odchylenia od stosunku 3 : 1 – stosunek fenotypów 3 : 1 występuje wtedy, gdy mamy pełną

dominację jednej cechy nad drugą. Jeśli dominacja jest częściowa lub występuje kodominacja, w

pokoleniu F2 otrzymamy stosunek 1 : 2 : 1. Stosunek 3 : 1 będzie zakłócony także w przypadku,

gdy któryś allel będzie letalny, czyli w stanie homozygotycznym będzie wywoływać śmierć

osobnika. W przypadku alleli subletalnych wpływ na żywotność osobnika będzie zależał od ich

ilości.

Allele wielokrotne – większość genów występuje w kilku różnych odmianach jako allele

wielokrotne. Przyczyną ich powstawania są mutacje zasad w różnych miejscach tego samego genu,

powodujące zmiany aminokwasów w kodowanych przez nie białkach. W obrębie populacji

powstają one losowo.

Fenotyp – każda cecha, którą możemy zaobserwować i która jest dziedziczna, taka jak kolor oczu,

kształt liścia, choroba dziedziczna, np. mukowiscydoza ( cystic fibrosis) , to fenotyp. Możemy

powiedzieć na przykład, że muszka owocowa ma fenotyp czerwonooki, dziecko ma fenotyp cystic

fibrosis. Zespół genów odpowiedzialny za fenotyp danego osobnika to jego genotyp.

Linia czysta – pojęcie to odnosi się do hodowli, w której krzyżuje się przez wiele pokoleń

organizmy o jednakowym, określonym genotypie, który pozostaje niezmienny. Najbardziej znanym

przykładem takich linii są hodowle rasowych psów i kotów.

Dominacja – w ramach gatunku mogą występować różnice w fenotypie dla pojedynczej cechy

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: