Kυτταρική$Bιολογία$ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ)ΤΗΣ)ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ) ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ)ΚΑΙ) ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ)ΛΑΘΩΝ) ΔIAΛEΞΗ(9! (23/4/2012)!

Transcript

1 Kυτταρική$Bιολογία$ ΔIAΛEΞΗ(9! (23/4/2012)! ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ)ΤΗΣ)ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ) ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ)ΚΑΙ) ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ)ΛΑΘΩΝ)

2 Τα(κύρια(σημεία(της( (διάλεξης(είναι(τα(παρακάτω:( Η)αντιγραφή)του)DNA)(Έναρξη,)μηχανισμός,) ένζυμα)) Mεταλλάξεις)και)Eπιδιόρθωση)λαθών) Tο)πρόβλημα)της)αντιγραφής)στα)άκρα) ) Tελομεράση(

3 O(μηχανισμός(αντιγραφής(του(DNA(βασίζεται( στη(συμπληρωματικότητα(των(βάσεων(του,( δηλ.(στο(επιλεκτικό(ζευγάρωμα(τους) Στην!αντιγραφή!του!DNA,!οι!δύο!αλυσίδες!διαχωρίζονται! Ειδικά!ένζυμα!χρησιμοποιούν!την!κάθε!μιά!από!τις!δύο!αλυσίδες!ως! εκμαγείο!προκειμένου!να!συνθέσουν!τις!νέες!αλυσίδες! Αρχικό µόριο DNA Και οι δύο κλώνοι του αρχικού DNA λειτουργούν ως εκµαγεία Δηµιουργία δύο πανοµοιοτυπων θυγατρικών µορίων DNA

4 Το(«ξετύλιγμα»(της(διπλής(έλικας(του(DNA( είναι(προϋπόθεση(για(την((αντιγραφή)

5 O(μηχανισμός(της(αντιγραφής(είναι( ημισυντηρητικός( Πατρική)διπλή)έλικα)DNA) ANTIΓPAΦH! ANTIΓPAΦH! Παλιά!αλυσίδα!DNA! Kαινούργια!αλυσίδα!DNA! ANTIΓPAΦH! )Θυγατρικές)διπλές)έλικες)DNA))

6 Πειραματική(απόδειξη(του(ημισυντηρητικού( μηχανισμού(αντιγραφής(του(dna( Aνάπτυξη)βακτηρίων)σε) 14 N) Aνάπτυξη)βακτηρίων)σε) 15 N) Mεταφορά)σε) 14 N)για)μια)διαίρεση) E.$coli$ Eκχύλιση!DNA! Φυγοκέντρηση!σε! Διάλυμα!CsCl! Eκχύλιση!DNA! Φυγοκέντρηση!σε! Διάλυμα!CsCl! Eκχύλιση!DNA! Φυγοκέντρηση!σε! Διάλυμα!CsCl! Eλαφρύ! DNA! Aυξανόμενη! Πυκνότητα! Aυξανόμενη! Πυκνότητα! Yβριδικό!DNA! Aυξανόμενη! Πυκνότητα! Bαρύ!DNA!

7 H(σύνθεση(του(DNA( 5!άκρο!του!κλώνου! 3!άκρο!του!κλώνου! Nεος) Kλώνος) Kλώνος) εκμαγείο) πυροφωσφορικό! 3!άκρο!! Eισερχόμενο!τριφωσφορικό!!δεοξυριβονουκλεοτίδιο! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$ 5!άκρο!του!κλώνου!

8 H(ANTIΓPAΦH(TOY(DNA( EINAI(MIA(ENZYMIKH(ΔIAΔIKAΣIA( ΠOIA(EINAI(TA(ENZYMA(ΠOY(EMΠΛEKONTAI;(

9 Οι(DNA_πολυμεράσες(είναι(τα(ένζυμα(που( βιοσυνθέτουν(το(dna( Pόλοι(των(DNA_πολυμερασών(( στην(e.(coli(και(σε(κύτταρα(θηλαστικών( E.(coli( Σύνθεση!προπορευόμενου!κλώνου! Πολυμεράση!III! Θηλαστικά) Πολυμεράση!δ! Σύνθεση!υπολειπόμενου!κλώνου! Πριμάση! Πολυμεράση!α/πριμάση! Πολυμεράση!III! Πολυμεράση!δ!

10 Ποιά(από(τις(τρεις(DNA_πολυμεράσες(της( E.(coli(αντιγράφει(το(γενετικό(υλικό;( Kαλλιέργεια!E.$coli$ Aποικίες!βακτηρίων! που!η!κάθε!μια!έχει! ξεκινήσει!απο!ένα! κύτταρο! Kατεργασία!με!μεταλλαξιγόνο!παράγοντα! Aνάπτυξη!σε!ημιστερεό!υλικό!σε!τρυβλίο!Petri! H!κάθε!αποικία! καλλιεργείται!ξεχωριστά! Έλεγχος!δράσης!DNA!πολυμεράσης!προς!ταυτοποίηση! μεταλλαγμάτων!απο!τα!οποία!λείπει!η!dna!πολυμεράση!i!

11 H(αδυναμία(της(DNA_πολυμεράσης( να(ξεκινήσει(την(αντιγραφή(από(μόνη(της( δημιουργεί(την(ανάγκη(για(εκκινητές( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

12 H(αντιγραφή(ξεκινά(πάντα(σε(συγκεκριμένα( σημεία((αλληλουχίες)(έναρξης( Προκαρυωτική( Aντιγραφή( Σύνδεση! εναρκτηρίων! πρωτεϊνών! Eναρκτήρια! πρωτεΐνη! Σύνθεση!RNA! εκκινητών! Ξεδίπλωμα!του! DNA!απο!την! ελικάση!και! πρωτεΐνες!που! συνδέονται!με! μονούς!κλώνους! DNA! RNA!εκκινητής! Eλικάση! Πρωτεΐνες!που! συνδέονται!με! μονούς!κλώνους! DNA! Σχηματισμός! δύο!διχαλών! αντιγραφής! Έναρξη!της! αντιγραφής! Eυκαρυωτική( Aντιγραφή( Nεοσυντιθέμενο!DNA! Oι!διχάλες!μετακινούνται!προς! αντίθετες!κατευθύνσεις!

13 Στην(αντιγραφή(του(ευκαρυωτικού(DNA( δημιουργούνται(πολλαπλές(διχάλες( αντιγραφής(που(κινούνται(προς( αντίθετες(κατευθύνσεις( Σημεία!έναρξης!αντιγραφής! Kατεύθυνση!κίνησης!της! διχάλας!αντιγραφής! Διχάλες!αντιγραφής!

14 Oι(δύο(αλυσίδες(του(DNA(αντιγράφονται(με( διαφορετικούς(μηχανισμούς( Πως!συντίθενται!οι! θυγατρικές! αλυσίδες!του!dna;! 5! 3! Αρχικό!DNA! DNA!πολυμεράση! 3! 5! Θυγατρική!αλυσίδα!που! συντίθεται!συνεχώς! 3! 5! Θυγατρική!αλυσίδα! που!συντίθεται! κομμάτιpκομμάτι! Οι!θυγατρικές! αλυσίδες!είναι! πανομοιότυπες! με!το!αρχικό! μόριο!dna! 5! 3! Αρχικό!DNA! Ω 3! 5! DNA!λιγάση! 3! 5! Kατεύθυνση)κίνησης)της)διχάλας)αντιγραφής)

15 Oι(διχάλες(αντιγραφής(είναι(ασύμμετρες( Kατεύθυνση!κίνησης!της! διχάλας! Eκμαγείο!του!προπορευομένου! κλώνου!της!αριστερής!διχάλας! Eκμαγείο!του!καθυστερημένου! κλώνου!της!δεξιάς!διχάλας! DNA!που!μόλις! έχει!συντεθεί! Eκμαγείο!του!καθυστερημένου! κλώνου!της!αριστερής!διχάλας! Eκμαγείο!του! προπορευομένου!κλώνου! της!δεξιάς!διχάλας!

16 H(σύνθεση(του(προπορευόμενου(κλώνου( είναι(συνεχής(ενώ(του(καθυστερημένου( ασυνεχής( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

17 Oι(DNA_πολυμεράσες(του(προπορευόμενου( και(του(καθυστερημένου(κλώνου(κινούνται( προς(αντίθετες(κατευθύνσεις( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

18 Τα(κλάσματα(OKAZAKI(στην(αντιγραφή( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

19 Oι(πρωτεΐνες(της(διχάλας(αντιγραφής( Eκμαγείο!του!προπορευομένου!κλώνου! Nεοσυντιθέμενος!κλώνος! ΠPOΠOPEYOMENOΣ) KΛΩNOΣ) Oλισθαίνων! σφιγκτήρας! DNA!πολυμεράση!στον! προπορευομένο!κλώνου! Πατρική!έλικα! DNA! Nέο!θραύσμα!Okazaki! KAΘYΣTEPHMENOΣ) KΛΩNOΣ) RNA!Eκκινητής! Eκμαγείο!του!καθυστερημένου!κλώνου! DNA!πολυμεράση!στον!καθυστερημένο!κλώνο! (Mόλις!τελειώνει!τη!σύνθεση!ενός!θραύσματος!Okazaki)! Πριμάση! Eλικάση!του! DNA! Πρωτεΐνη!που!συνδέεται!με! μονούς!κλώνους!

20 H(DNA_ελικάση(«ξετυλίγει»(τις(δύο( αλυσίδες(του(dna( Mία!εξαμερής!ελικάση! διατρέχει!τη!μία!αλυσίδα!του! DNA.!! Όταν!η!ελικάση!προσδένεται! στο!δίκλωνο!dna,!η! διαμόρφωση!της!αλλάζει,!και! υδρολύει!ατρ,!για!να! διαχωρίσει!τις!δύο!αλυσίδες.! Μετά!το!διαχωρισμό,!υιοθετεί! πάλι!τη!διαμόρφωση!που!έχει! όταν!είναι!προσδεδεμένη!σε! μονόκλωνο!dna.! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

21 Η(οργάνωση(των(ενζύμων(της( αντιγραφικής(διχάλας( Η!ελικάση!της!αντιγραφικής!διχάλας! συνδέεται!και!με!τις!δύο!μονάδες! κατάλυσης!της!dna!πολυμεράσης,! καθεμία!από!τις!οποίες!συγκρατείται! στο!dna!από!έναν!ολισθαίνοντα! σφιγκτήρα.!η!πολυμεράση!που! συνθέτει!την!προπορευόμενη! αλυσίδα!μετακινείται!συνεχώς.!η! πολυμεράση!που!συνθέτει!την! καθυστερημένη!αλυσίδα! αποσυνδέεται!στο!τέλος!κάθε! τμήματος!okazaki!και! επανασυνδέεται!με!τον!επόμενο! εκκινητή!στο!βρόχο!της!μονόκλωνης! αλυσίδαςpμήτρας!για!να!συνθέσει!το! επόμενο!τμήμα.! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

22 H(DNA_λιγάση(ενώνει(τις(εγκοπές( H!DNA!λιγάση!ενώνει!τα! γειτονικά!νουκλεοτίδια!σε! περίπτωση!που!υπάρχει! εγκοπή!στο!dna.! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

23 H(DNA_πολυμεράση(επιδιορθώνει(τα( λάθη(της( Mετά!την!ενσωμάτωση!ενός! νουκλεοτιδίου!στη!νεοσυντιθέμενη! αλυσίδα,!το!ζευγάρωμα!μεταξύ!των! βάσεων!του!τελευταίου!ζεύγους! εξετάζεται!από!τη!βακτηριακή!dna! πολυμεράση.!σε!περίπτωση!λάθους,!το! νουκλεοτίδιο!αφαιρείται!από!τη! νεοσυντιθέμενη!αλυσίδα.! Έστω!ότι!ενσωματώνεται!μια!σπάνια! ταυτομερής!μορφή!του!g,!η!g*,!αντί!για!a! Oι!βάσεις!δεν!υβριδίζονται!σωστά!(το! G!δεν!μπορεί!να!υβριδιστεί!με!το!T)! Eπομένως,)η)DNAeπολυμεράση) έχει)και)ενεργότητα)3 5 ) εξωνουκλεάσης) H!DNA!πολυμεράση!απομακρύνει!το! αταίριαστο!g!μέσω!της!δράσης!3 p>5! εξονουκλεάσης,!την!οποία!έχει.! H!σύνθεση!του!DNA!συνεχίζεται!με!την! ενσωμάτωση!της!σωστής!βάσης!(δηλ.!της!a).!

24 Bλάβες(του(DNA( Γουανίνη! Aποπουρίνωση) Aποπουρινωμένο! σάκχαρο! Aπαμίνωση) Kυτοσίνη! Γουανίνη! Oυρακίλη! Kλώνος!DNA! Kλώνος!DNA! Διμερή)Θυμίνης) Θυμίνη! Aκτινοβολία!UV! Θυμίνη! Διμερές!Θυμίνης!

25 Xημικές(τροποποιήσεις(των(βάσεων(του( DNA(προκαλούν(μεταλλάξεις( Mεταλλαγμένο! παλιά!αλυσίδα! Mεταλλαγμένο! παλιά!αλυσίδα! Aπαμινωμένο!C! Aπoπουρινωμένο!A! Mεταβολή! ενός!g!σε!a! καινούργια!αλυσίδα! καινούργια!αλυσίδα! Aπώλεια!ενός!!!! ζεύγους!apt! αντιγραφή)dna) καινούργια!αλυσίδα! αντιγραφή)dna) καινούργια!αλυσίδα! παλιά!αλυσίδα! παλιά!αλυσίδα! (A)! Aμετάβλητο! (B)! Aμετάβλητο!

26 Τα(κύτταρα(διαθέτουν(μηχανισμούς( επιδιόρθωσης(των(βλαβών(του(dna( Aταίριαστο!ζεύγος! βάσεων!dna! εγκοπή! Nέος!κλώνος! DNA! Η!επιδιόρθωση!εκτομής!αφαιρεί! άμεσα!την!περιοχή!που!έχει! υποστεί!βλάβη!και!την! αντικαθιστά!με!ένα!νέο!τμήμα! DNA.!! παλαιός!κλώνος!dna! Πρόσδεση!πρωτεϊνών! επιδιόρθωσης!λαθών! του!dna! Πρωτεΐνες!επιδιόρθωσης! λαθών!του!dna! Aφαίρεση!του! νεοσυντεθέντος!κλώνου! DNA! Eπιδιόρθωση!του!χάσματος! απο!την!dna!πολυμεράση!και! τη!λιγκάση!

27 Tα(στάδια(της(επιδιόρθωσης(εκτομής( 1)) 2)) 3)) 4)) 1! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

28 Tο(DNA(είναι(υπερελικωμένο( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$ Το!γραμμικό!DNA!παραμένει!απλωμένο.!Ένα!κυκλικό!DNA!παραμένει! απλωμένο!αν!είναι!χαλαρό!(μη!υπερελικωμένο),!αλλά!αποκτά! περιστραμμένη!και!συμπυκνωμένη!μορφή!αν!είναι!υπερελικωμένο.!!

29 Ο(ρόλος(των(τοποϊσομερασών(στην(αντιγραφή( (A)) Ξεδίπλωμα!του! πατρικού!dna! Oι!αλυσίδες!του!DNA! περιελικώνονται!μπροστά!απο! τη!διχάλα!αντιγραφής! (B)) Tοποϊσομεράση! Ana Tο!παροδικό!σπάσιμο!του!ενός!κλώνου,!δρώντας!ως! στροφέας,!επιτρέπει!την!ελεύθερη!περιστροφή!των! κλώνων!του!dna,!!και!οδηγεί!στο!χαλάρωμα!των! περιελίξεων.!μετά!το!τέλος!της!κάθε!περιστροφής! ακολουθεί!επανασύνδεση!των!σπασμένων!κλώνων!του! DNA.! Οι!βακτηριακές!τοποϊσομεράσες!τύπου!Ι!αναγνωρίζουν!μερικώς!αποπεριελιγμένα!τμήματα! DNA!και!περνούν!τον!ένα!κλώνο!μέσα!από!ένα!ρήγμα!που!έχει!γίνει!στον!άλλο!κλώνο.!! Φαρμακολογικές)χρήσεις)των)αναστολέων)των)τοποϊσομερασών:) Αντιβακτηριακά:!Κινολόνες!(Ναλιδιξικό!οξύ,!σιπροφλοξασίνη,!ενοξασίνη,!λεβοφλοξασίνη,! νορφλοξασίνη!κλπ)! Αντινεοπλασματικά:!Ετοποσίδη,!ιρινοτεκάνη,!τοποτεκάνη!κλπ!

30 Τελομερίδια( Δομή)των)Tελομεριδίων.!Tο!DNA! των!τελομεριδίων!αναδιπλώνεται! και!σχηματίζει!μια!κυκλική!δομή! (βρόχος)!!που!προστατεύει!τα! άκρα!των!χρωμοσωμάτων.! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$

31 Η(διατήρηση(του(μήκους(των(τελομεριδίων( είναι(απαραίτητη((για(τη(διατήρηση(της(ζωής( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$ Η!μετάλλαξη!της!τελομεράσης!προκαλεί!τη!βράχυνση!των! τελομερών!από!τον!ένα!κυτταρικό!κύκλο!στον!άλλο.! Τελικά,!η!ολοκληρωτική!απώλεια!του!τελομερούς! προκαλεί!χρωμοσωμικές!ρήξεις!και!επαναδιατάξεις.!

32 Η(δράση(της(τελομεράσης( τελομερίδιο RNA!της! τελομεράσης! Σύνδεση!με!το! RNA!της! τελομεράσης!! H)Tελομεράση)έχει)δράση) ανάστροφης)μεταγραφάσης) " Μετά)την)επιμήκυνση)του) προπορευόμενου)κλώνου)από)τη) τελομεράση,)ο)καθυστερημένος) κλώνος)επεκτείνεται)απο)τη) συνδυασμένη)δράση)πριμάσης) και)πολυμεράσης) επιμήκυνση! μετατόπιση! επιμήκυνση! Tο!3!άκρο!του!προπορευόμενου! κλώνου!επιμηκύνεται!κατά!μία!μονάδα! επανάληψης! Tο!τελομερικό!DNA!έχει!επιμηκυνθεί! κατά!μία!μονάδα!επανάληψης! Tο!3!άκρο!του!προπορευόμενου! κλώνου!επιμηκύνεται!κατά!μία!μονάδα! επανάληψης! μετατόπιση! Tο!τελομερικό!DNA!έχει!επιμηκυνθεί! κατά!δύο!μονάδες!επανάληψης!

33 ( Σας(Ευχαριστώ(για(την( Προσοχή(σας(