DNA και δομή χρωμοσωμάτων [κεφ. 6 και 8(σελ )]

Transcript

1 DNA και δομή χρωμοσωμάτων [κεφ. 6 και 8(σελ )]

2 Μεταβίβαση γενετικής πληροφορίας

3 Η Γενετική πληροφορία βρίσκεται στο DNA (Λεία) (Αδρά)

4 Αντικείμενα του μαθήματος Διαιώνιση/ Εξέλιξη της πληροφορίας m Μεταφορά της πληροφορίας Εκτέλεση της πληροφορίας =>Κυτταρικός τύπος

5 Τα γονίδια αποτελούν μικρά τμήματα του DNA Γονίδίωμα = Το σύνολο του DNA του κυττάρου

6 Τα Νουκλεοτίδια: Οι δομικοί λίθοι του DNA και RNA Βάση Φωσφορική ομάδα Σάκχαρο Σ

7 C Οι βάσεις

8 Τα σάκχαρα

9 Σχηματισμός νουκλεοτιδίων Νουκλεοτίδια Νουκλεοσίδιo Νουκλεοτίδιo

10 Ορολογία Βάσεις Νουκλεοσίδια Νουκλεοτίδια Αδενίνη (Α) Αδενοσίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Αδενοσίνη (damp) Γουανίνη (G) Γουανοσίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Γουανοσίνη (dgmp) Κυτοσίνη (C) Κυτιδίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Κυτιδίνη (dcmp) Θυμίνη (T) Θυμιδίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Θυμιδίνη (dtmp)

11 Κάθε αλυσίδα του DNA έχει κατεύθυνση (5 3 ) 5 άκρο άκρο

12 Σύζευξη συμπληρωματικών βάσεων Αντιπαράλληλη διάταξη αλυσίδων

13 Δευτεροταγής δομή του DNA

14 Η διπλή έλικα 10.5 bp 3,4 nm (34 A o ) o

15 Κυτταρικός κύκλος Chromatid C

16 Αντιγραφή του DNA

17 Σύνθεση του DNA DNA πολυμεράση

18 Σύνθεση του DNA

19 Έναρξη της αντιγραφής ΑΤ rich ( (Σημείο έναρξης) 1/ bp Εναρκτήριες πρωτεΐνες

20 Διχάλες αντιγραφής

21 Ο προπορευόμενος κλώνος συνθέτεται συνεχώς Ο καθυστερημένος κλώνος συνθέτεται ασυνεχώς 5 Προπορευόμενος κλώνος Καθυστερημένος κλώνος

22 Εκκίνηση της αντιγραφής DNA Pol RNA εκκινητής~ 10 Nt

23 Εκκίνηση της αντιγραφής

24 RNA εκκινητές 3 5

25 Απομάκρυνση εκκινητών RNA DNA πολ. Ι 5 3 εξωνουκλεάση Τμήματα Okazaki (~1000 Nt) Λιγάση

26 Αποδιάταξη DNA

27 Ενζυματική μηχανή της αντιγραφής Ολισθένων σφιγκτήρας 5 3 3

28 Επιδιόρθωση Λάθη πολυμεράσης = 1/ εξωνουκλεάση

29 Μεταλλάξεις Αποπουρίνωση Απαμίνωση

30 Μεταλλάξεις

31 Επιδιόρθωση μετά την αντιγραφή Λάθη = 1/10 9

32 Χρωματίνη και χρωμοσώματα

33 Χρωματίνη και Χρωμοσώματα ~ 2 m DNA ~10 μm Συμπύκνωση X

34 Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

35 147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές H1 165 bp

36 Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

37 Νουκλεοσώματα 147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές H1 165 bp

38 Ίνα 10 nm Fig. 7-29, 31

39 Ίνα 10 nm Fig. 7-29, 31

40 H1 147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές

41

42

43 Συσπείρωση νουκλεοσωμάτων Ίνα 10 nm

44 Συσπείρωση χρωματίνης Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

45 κεντρομερή Ετεροχρωματίνη τελομερή Χρωματίνη γονίδια Ευχρωματίνη Ρυθμιστικές αλληλουχίες

46 Μεταγραφή Κεφ. 7 (σελ ) Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες:

47 Ροή της γενετικής πληροφορίας Αντιγραφή (Διαιώνιση/ Εξέλιξη της πληροφορίας) rrna (Μετάφραση) trna (Μετάφραση) srna (κατάλυση-ρύθμιση) mrna (Μεταφορά της πληροφορίας) Πρωτεΐνες (Εκτέλεση της πληροφορίας) [κυτταρικές δομές, κατάλυση, ρύθμιση, ανοσοαπόκριση, μεταφορά, κίνηση] κυτταρικός τύπος

48 Έκφραση των γονιδίων νευρώνας ηπατικό κύτταρο Α Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β

49 K M Εικόνα 9.1 Η λειτουργία της RNA πολυμεράσης είναι να μεταγράφει μια αλυσίδα δίκλωνου DNA σε RNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

50 Εικόνα 9.3 Οι αλυσίδες DNA διαχωρίζονται για να σχηματίσουν μια μεταγραφική θηλιά. Το RNA συντίθεται με το ζευγάρωμα συμπληρωματικών βάσεων με μία από τις αλυσίδες του DNA. Τριφωσφοριβονουκλεοτίδια A, U, G, C Πιστότητα = 10 6 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

51 Η λειτουργία της RNA πολυμεράσης είναι να μεταγράφει μια αλυσίδα δίκλωνου DNA σε RNA. RNA πολυμεράση

52 Κάθε γονίδιο μεταγράφεται από την μία μόνο αλυσίδα DNA

53 Πρωτοταγής δομή του RNA

54 Δευτεροταγής δομή του RNA

55 Ορολογία Μεταγραφική μονάδα 5 3 Πρωτογενές μετάγραφο Εικόνα 9.2 Μια μεταγραφική μονάδα μεταγράφεται σε ένα ενιαίο RNA. Ώριμο RNA (mrna) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

56 RNA πολυμεράση

57 RNA πολυμεράση των βακτηρίων

58 RNA πολυμεράση των βακτηρίων Εικόνα 9.16 Οι RNA πολυμεράσες των ευβακτηρίων αποτελούνται από τέσσερα είδη υπομονάδων: οι α, β και β έχουν σχετικά σταθερά μεγέθη σε διάφορα είδη βακτηρίων, ενώ η σ ποικίλλει σε μεγαλύτερο βαθμό. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

59

60 DNA + Pol DNA-Pol KB = [DNA-Pol] [DNA] [Pol]

61 ΚΒ= 10 5 t 1/2 =60 min ΚΒ= 10 1 t 1/2 =~1 sec ΚΒ= t 1/2 > hr ΚΒ= έναρξη/30 min ΚΒ= έναρξη/1 sec (1.800X) Εικόνα 9.22

62 Έναρξη της μεταγραφής 5

63 Υποκινητές προκαρυωτικών γονιδίων

64 12 12 bp ειδικό σήμα (4 = ~17X10 6 ) Σ-9.27 Αντιπροσωπευτικές αλληλουχίες Pu (90%) TTGACA TATAAT Pu (Ιδανικός υποκινητής) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

65 Πρόσδεση RNA πολυμεράσης στους υποκινητές β β (ΑΤ)n

66 Εικόνα Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

67 ΚΕ Εικόνα 9.38 Το Ν-τελικό άκρο του σίγμα εμποδίζει τις επικράτειες πρόσδεσης στο DNA να προσδεθούν σε αυτό. Όταν σχηματίζεται ένα ανοικτό σύμπλοκο, το Ν-τελικό άκρο μετακινείται 20 Ǻ μακριά και οι δύο επικράτειες πρόσδεσης στο DNA απομακρύνονται η μία από την άλλη κατά 15 Ǻ. Πρόσδεση στο ΚΕ μετατόπιση της Ν-τελικής περιοχής κατά 20 Α ο πρόσδεση στο -35 κουτί και ακολούθως στο -10 κουτί αποδιάταξη του DNA εκτόπιση της Ν-τελικής περιοχής και εισαγωγή της περιοχής +1 του DNA στο ενεργό κέντρο του ενζύμου Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

68 Πρόσδεση του παράγοντα σ στους υποκινητές 2.4 A T T A A 2.3 T Κ Μεταγραφή Μ

69 Λήξη της μεταγραφής 5 ---GCAATCCCGAAACAGTTCGGTAGTAGTTAGAGCCGATAACGGTTTCGGGATTTTTTT CGTTAGGGCTTTGTCAAGCCATC ATCAATCTCGGCTATTGCCAAAGCCCTAAAAAAA--5 Βρόχος (6-12 Nt) Φουρκέτα Στέλεχος (7-20 bp) Στάση της RNA pol ~1sec

70 Εικόνα 9.46 Οι αλληλουχίες DNA που απαιτούνται για τον τερματισμό εντοπίζονται πριν την αλληλουχία τερματισμού. Ίσως είναι αναγκαίος ο σχηματισμός μιας φουρκέτας στο RNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

71 Εικόνα 21.1 Ένα τυπικό γονίδιο που μεταγράφεται από την RNA πολυμεράση ΙΙ έχει έναν υποκινητή ο οποίος εκτείνεται ανοδικά από τη θέση έναρξης της μεταγραφής. Ο υποκινητής περιέχει διάφορα σύντομα (<10 bp) στοιχεία πρόσδεσης μεταγραφικών παραγόντων, διασκορπισμένα σε έκταση >200 bp. Ένας ενισχυτής φέρει πυκνότερη διάταξη στοιχείων, που επίσης αναγνωρίζονται από μεταγραφικούς παράγοντες, και μπορεί να βρίσκεται αρκετά kb μακριά. Η δομή του DNA επιτρέπει στους μεταγραφικούς παράγοντες που δεσμεύονται στον υποκινητή και σε αυτούς που δεσμεύονται στον ενισχυτή να σχηματίζουν ένα μεγάλο πρωτεϊνικό σύμπλοκο. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

72 Έναρξη της μεταγραφής στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (RNA Pol. II)

73 Ποκαριωτικά-Ευκαριωτικά mrna)

74 Εσόνια Εξόνια- μεταμεταγραφικές τροποποιήσεις

75

76 Εικόνα 24.3 Τα άκρα των πυρηνικών ιντρονίων καθορίζονται από τον κανόνα GU-AG. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

77 Σύνδεση εξονίων

78 Σχηματισμός καλύπτρας 3 5

79 Σχηματισμός πολυ(α) ουράς 5 CSPF CSTF CF PAP

80 Λειτουργίες της καλύπτρας και Πολύ(Α) ουράς Μεταφορά μέσω πυρηνικών πόρων Προστασία του mrna από 5 εξωνουκλεάσες Έναρξη της μετάφρασης

81 Μεταφορά του mrna Μεταφορά mrna

82 Εικόνα 5.13 Επισκόπηση: Το mrna μεταγράφεται, μεταφράζεται και αποικοδομείται ταυτόχρονα στα βακτήρια. Μεταγραφή:~40 Nt/sec Μετάφραση:~15 αα/sec mrna:5000 Nt t 1/2 ~ 2 min

83 Εικόνα 5.17 Επισκόπηση: Η έκφραση του mrna σε ζωικά κύτταρα απαιτεί μεταγραφή, τροποποίηση, επεξεργασία, πυρηνο-κυτταροπλασματική μεταφορά και μετάφραση. ~40 Nt/sec Εσ-2 Εσ-1 Ζυμομύκητες: t1/2~ 1-60 min Ανώτεροι:t1/2 ~ 1-24 h ~2 αα/sec

84 Μετάφραση Κεφάλαιο 7, σελ Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Όσες αντιστοιχούν στις εικόνες

85 Μετάφραση Κεφάλαιο 7, σελ Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Οσες αντιστοιχούν στις εικόνες

86 Γενετικός κώδικας α. 61 κωδικόνια με νόημα + 3 λήξης β. Κοινός εκτός ορισμένων πρωτόζωων και μιτοχονδρίων γ. Συνώνυμα κωδικόνια δ. Εκφυλισμός στην 3 η βάση

87 Αναγνωστικά πλαίσια

88 Αναγνωστικά πλαίσια

89 trnas

90 Εικόνα 5.4 Η διάταξη σε σχήμα τριφυλλιού του trna έχει σταθερές και ημισταθερές βάσεις και μια συντηρημένη ομάδα αλληλεπιδράσεων μεταξύ ζευγών βάσεων Nt D: Διυδροουριδίνη D D Στέλεχος Βρόχος T:Ριβοθυμιδίνη Ψ:Ψευδοουριδίνη 3-21 Nt Βραχίονας αντικωδικονίου Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

91 Σχηματισμός του αα~trna

92 Προ-εναρκτήριες αντιδράσεις Εικόνα 7.13 Μια αμινοακυλο-trna συνθετάση φορτώνει το trna με ένα αμινοξύ.

93 αα~trna

94 ATP

95 αα~trna συνθετάσες

96 Ο αριθμός των trna > του αριθμού των αμινοξέων 20 ομάδες ισοδεκτικών (ομότυπων) trna [trna1-cys, trna2-cys] Τα ομότυπα trna προσδένουν το ίδιο αα και προσδένονται σε συνώνυμα κωδικόνια Ο αριθμός των trna < του αριθμού των κωδικονίων Το ίδιο trna (αντικωδικόνιο) προσδένεται σε περισσότερα από ένα συνώνυμα κωδικόνια

97 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Υπόθεση ταλάντευσης: Η ταλάντευση στο ζευγάρωμα βάσεων επιτρέπει το σχηματισμό ζευγών G-U μεταξύ της τρίτης βάσης του κωδικονίου και της πρώτης βάσης του αντικωδικονίου.

98 Υπόθεση ταλάντευσης Εικόνα 7.5 Το ζευγάρωμα κωδικονίου-αντικωδικονίου περιλαμβάνει ταλάντευση στην τρίτη θέση. I A, U, C Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

99 Τα ριβοσώματα

100 Τα ριβοσώματα

101 Μετάφραση στα βακτήρια AUG (1)

102 Εικόνα 6.16 Οι θέσεις πρόσδεσης του ριβοσώματος στο mrna μπορούν να απομονωθούν από σύμπλοκα έναρξης. Οι θέσεις πρόσδεσης περιλαμβάνουν μια ανοδική αλληλουχία Shine-Dalgarno και ένα κωδικόνιο έναρξης. 16S RNA Nt AGGAGGNNN UCCUCCNNN 5 ---AGGAGG-----AUG Nt IF3? 16S RNA 5 AGGAGGNNN mrna 5 ---AGGAGG-----AUG UCCUCCNNN 3

103 Έαρξη της μετάφρασης στους προκαρυωτικούς οργανισμούς Εικόνα 6.15 Ο IF-2 είναι αναγκαίος για την πρόσδεση του fmet-trna f στο σύμπλοκο 30S-mRNA. Μετά τη σύνδεση της 50S, αποδεσμεύονται όλοι οι παράγοντες IF και διασπάται το GTP. Η 50S επάγει την υδρόλυση του GTP από τον IF-2 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

104 IF-2 Εικόνα 6.14 Το fmet-trna f μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά για την έναρξη από τις υπομονάδες 30S, ενώ τα άλλα αμινοακυλo-trna (αα-trna) μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά την επιμήκυνση από τα ριβοσώματα 70S. 5 & μη εισαγωγή στη θέση Α Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

105 Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

106 Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

107 Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

108 Επιμήκυνση της μετάφρασης

109 Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού Πεπτίδυλο μεταφοράση

110 Μετατόπιση E P A

111 Έναρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

112

113

114

115 Λήξη της μετάφρασης

116 Λήξη της μετάφρασης

117

118 Ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων Κεφάλαιο 8, σελ Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Όσες αντιστοιχούν στις εικόνες

119 Μεταγραφικοί παράγοντες [Καταστολείς (-) (αρνητικός έλεγχος)] [Ενεργοποιητές (+) (θετικός έλεγχος) Ρυθμιστικά στοιχεία. Αλληλουχίες στις οποίες προσδένονται οι μεταγραφικοί παράγοντες Μικρομόρια που προσδένονται στους μεταγραφικούς παράγοντες και επάγουν τη μεταγραφή (επαγωγείς) ή καταστέλουν τη μεταγραφή (συγκαταστολείς) Γονίδιο στόχος Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

120 Ρύθμιση της έκφρασης των προκρυωρικών γονιδίων Υποκινητής Χειριστής

121 Το οπερόνιο της θρυπτοφάνης

122 Μεταβολισμός της λακτόζης Απέκκριση

123 Το οπερόνιο της λακτόζης Εικόνα 10.4 Το οπερόνιο lac καταλαμβάνει ~6.000 bp DNA. Το γονίδιο laci (αριστερά) έχει το δικό του υποκινητή (P) και τερματιστή. Το άκρο του laci βρίσκεται ακριβώς πριν τον υποκινητή των δομικών γονιδίων. Ο χειριστής (O) καταλαμβάνει τα πρώτα 26 bp της μεταγραφικής μονάδας. Το γονίδιο lacz ξεκινά από τη βάση +39. Μετά από αυτό ακολουθούν τα γονίδια lacυ και laca. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

124 Καταστολή Εικόνα 10.7 Ο καταστολέας διατηρεί το οπερόνιο lac στην ανενεργή κατάσταση μέσω της πρόσδεσής του στο χειριστή. Ο καταστολέας απεικονίζεται ως μια σειρά από συνδεδεμένες επικράτειες, όπως προέκυψαν από την ανάλυση της κρυσταλλικής δομής του.

125 Επαγωγή Χ Εικόνα 10.8 Η προσθήκη του επαγωγέα μετατρέπει τον καταστολέα στην ανενεργή μορφή του, που δεν μπορεί να προσδεθεί στο χειριστή. Αυτό επιτρέπει στην RNA πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή.

126 Ρύθμιση από εναλακτικούς παράγοντες σ

127

128

129

130 Ενεργοποιητής Εικόνα 23.6 Ένα σύμπλοκο αναδιαμόρφωσης προσδένεται στη χρωματίνη μέσω ενός ενεργοποιητή ή ενός καταστολέα. Συνενεργοποιητής/ Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

131 Κλωνοποίηση Αποικία Βακτήρια Πλασμιδιακό DNA

132 Πλασμιδιακό DNA Αλληλούχηση

133 Στοίχηση

134 Φυλογενετικά δένδρα LmHsp20.7 LmHsp20.5 VcHsp35 LsHsp21.3 LhHsp21.4 BmHsp23.7 BmHsp20.1 BmHsp19.9 BmHsp20.8 BmHsp20.4 DmHsp26 ScHsp23 DpHsp23 DmHsp23 CcHsp23-α CcHsp23-β ScHsp25 DmHsp27 CcHsp27 Orthoptera Hymenoptera Diptera Lepidoptera Diptera

135 Τήξη του DNA

136 ή RNA Υβριδοποίηση

137 Μικροσυστοιχίες DNA