MOLEKULSKA GENETIKA. Osnovna zgradba polinukleotidne verige (ali kateregakoli lineranega polimera) 1

Transcript

1 nukleotidi... POLINUKLEOTIDNA VERIGA fosfodiestrske vezi Osnovna zgradba polinukleotidne verige (ali kateregakoli lineranega polimera) 1

2 RNK (ribonukleinska kislina) ENOJNA VIJAČNIA del molekule, ki jo gradijo sladkorji in fosfati organska baza par organskih baz DNK (deoksiribonukleinska kislina) DVOJNA VIJAČNIA Enojna in dvojna vijačnica 2

3 H MOLEKULSKA GENETIKA ENOOBROČASTE ORGANSKE BAZE (pirimidinske) NH 2 O O O N N H citozin H H H O N T H 3 N H timin H H O N N H U uracil H H DVOOBROČASTE ORGANSKE BAZE (purinske) O H N NH 2 N G gvanin N N H H H N NH 2 N N N A adenin H Organske baze 3

4 HO 5 H 4 3 OH O H OH H H H H HO 5 H OH H H H O OH H H 1 3 OH 2 H R riboza deoksiriboza Riboza in deoksiriboza 4

5 FOSFORJEVA KISLINA (H 3 PO 4 ) OH P FOSFAT (PO 4 3- ) O - O P OH O P O - OH O - s tem delom se molekula veže na sladkor Ostanek fosforjeve kisline (fosfat) 5

6 P fosfat sladkor (pentoza) P baza nukleozid nukleotid S simboli prikazan nastanek nukleotida 6

7 fosforjeva kislina OH ostanek fosforjeve kisline OH O P OH O P OH OH H 2 O OH H 2 O 5 4 O OH 1 riboza 3 2 OH OH HN del baze kondenzacija H 2 0 +H 2 0 hidroliza estrska vez 5 4 O O 1 riboza 3 2 OH OH RNK NUKLEOTID glikozidna vez N del baze Nastanek nukleotida prikazan z delno izrisanimi molekulami. Vidimo lahko, iz katerih delov se voda odcepi (kondenzacija) in kam se vrine pri razpadu nukleotida (hidroliza). 7

8 OH OH O P OH O P OH P 5 O O 5 O O 5 1. nukleotid baza baza 4 R 1 O 3 OH OH P OH O OH H2 O estrska vez med obema nukleotidoma estrska vez v nukleotidu O O P O 3 OH OH fosfodiestrska vez (fosfat povezuje sladkorja dveh nukleotidov) 5 3 P 2 5 O 5 O 2. nukleotid baza baza 4 R OH OH OH OH dinukleotid Nastanek dinukleotida 8

9 5 konec P P P P P P 3 konec sem se priključi novi nukleotid Osnovna zgradba polinukleotidne verige z označenima 3 in 5 koncem 9

10 verigi sladkorjev in fosfatov pari organskih baz lestev dvojna vijačnica Model DNK; levo oblika lestve, sredina zvijanje lestve, desno tridimenzionalni model DNK 10

11 Povezovanje komplementarnih baz (A = T, G = ) 11

12 polinukleotidna veriga vodikove vezi polinukleotidna veriga nukleotid 5 P A T 3 nukleotid P P G P P T A P P 3 G P 5 Antiparalelnost verig veriga sladkorjev in fosfatov pari komplementarnih baz 12 veriga sladkorjev in fosfatov

13 G A mesto, kamor se pripne aminokislina zanka iz nekomplementarnih baz komplementarne baze antikodon Prenašalna RNK; levo shematski prikaz v obliki triperesne deteljice, desno prostorska struktura 13

14 Podvajanje DNK 14

15 3 5 vodilna veriga podvojevalne vilice zastajajoča veriga Okazakijev fragment Nastajanje vodilne in zastajajoče verige ob podvojevalnih vilicah 15

16 Poskus, ki sta ga izvedla Meselson in Stahl določanje mesta težke, lahke in»vmesne«dnk v centrifugirki. 16

17 Poskus, ki sta ga izvedla Meselson in Stahl dokaz za semikonzervativno podvajanje. 17

18 žive celice seva H (nepatogene) žive celice seva G (patogene) s toploto uničene celice seva G žive celice seva H s toploto uničene celice seva G + živa miš mrtva miš živa miš mrtva miš Griffithov poskus s pnevmokoki 18

19 sev H sev G sev H sev G DNK encim + DNK + + transformacija ni transformacije Dokaz, da je DNK nosilka lastnosti. Če so k bakterijam seva H dodali DNK seva G, je prišlo do transformacije. Nekatere bakterije iz nepatogenega seva H so postale patogene. Če pa so k bakterijam seva H dodali mešanico encima za razgradnjo DNK in DNK iz seva G, do transformacije ni prišlo. 19

20 Poskus z označenimi bakteriofagi 20

21 jedro s kromosomi kromosom gen 1 beljakovina 1 gen 2 beljakovina 2 gen 3 beljakovina 3 Na kromosomu so odseki, geni, ki nosijo zapis za nastanek beljakovine (proteina). 21

22 DNK mrnk beljakovina nekodogena veriga kodogena veriga T A A G A U G G A T G UA A G U transkripcija A U A U G U G G A U A G U U U translacija gradbeni elementi encimi kataliza beljakovine ogljikovi hidrati lipidi druge organske molekule RNK nukleotid aminokislina celični produkti DNK preko encimov nadzira nastanek organskih snovi v celici. 22

23 kodogen DNK 3' A 5' mrnk 5' kodon U G G 3' A antikodon RNK trnk 3' triptofan 5' Kodogen, kodon in antikodon 23

24 jedro ITOPLAZMA DNK transkripcija mrnk trnk aminokisline ribosom translacija polipeptid plazmalema Sinteza beljakovin poteka v dveh korakih: prepisovanje (transkripcija) in prevajanje (translacija). 24

25 prepisovanje RNK polimeraza kodogena veriga nekodogena veriga DNK U A G A U G RNK nukleotidi 3' U A A A T T U A A U U U G G G AGG T A A G G mrnk 5' Prepisovanje ali transkripcija 25

26 gen ekson 1 ekson 2 ekson 3 kodogena veriga DNK intron1 intron 2 TRANSKRIPIJA ekson 1 ekson 2 ekson 3 nezrela mrnk izrezana introna ZORENJE mrnk (izrezovanje intronov) ekson 1 ekson 2 ekson 3 zrela mrnk Prepisovanje pri evkariontih 26

27 Leu Leu Pro Met večja podenota Leu ys Gly Val A G A A A U G G U U G U P manjša podenota A A G A A A U G G U U G U G U G U U A U U G U U G G U A A mrnk Levo ribosom, desno polisom Na ribosomu sta označeni mesti A in P: na mesto A se veže trnk, na mestu P se sintetizira beljakovina. 27

28 Thr Gly Val ys Leu Leu Leu Pro Met trnk polipeptid RIBOSOM Met G U U A A A A G A A A U G G U U G U G U G U U A U U G U U G G U A U 3' 5' mrnk kodon smer premikanja ribosoma Prevajanje ali translacija 28

29 DNK mrnk ribosom podvajanje beljakovina transkripcija translacija DNK RNK beljakovina entralna genetska dogma 29

30 Za nastanek končnega produkta je običajno potrebnih več encimov. 30

31 Zgradba operona 31

32 Posledice delovanja različnih vrst represorjev; zgoraj aktivni represor prepreči prepisovanje, spodaj neaktivni represor omogoči prepisovanje 32

33 Regulacija izražanja genov; zgoraj efektor induktor (npr. laktoza) inaktivira aktivni represor in s tem sproži prepisovanje strukturnih genov, spodaj efektor korepresor (npr. triptofan) aktivira neaktivni represor in s tem prepreči prepisovanje strukturnih genov. 33

34 β β β Laktozni operoni; levo zgradba lac-operona, desno regulacija lac-operona 34

35 Triptofanski operon; zgoraj vključen trp-operon, spodaj izključen trp-operon 35

36 lomljenje kromatid zamenjava kromatid kromatidi homologna kromosoma rekombinirana kromosoma Intrakromosomska (homologna) rekombinacija 36

37 TRANSPONIBILNI ELEMENT gen za transpozazo ATGA TAGT tarčno zaporedje ATGA TAGT ATGA TAGT gostiteljska DNK tarčno zaporedje obrnjena ponovitev en ali več genov, ki jih nosi TE obrnjena ponovitev tarčno zaporedje Transponibilni element (TE) ima na obeh koncih obrnjeni ponovitvi. Ko se vrine v DNK na t. i. tarčno zaporedje, povzroči podvojitev tega mesta. Tarčno zaporedje je običajno dolgo od 5 do 9 baznih parov (bp). Na sliki je tarčno zaporedje zgrajeno iz 5 baznih parov. TE ima na koncih obrnjeni ponovitvi iz zaporedja 9 baznih parov, ki so na skici označeni s številkami. Številke od 1 do 9 predstavljajo določeni bazni par. Podvojeni tarčni zaporedji sta enosmerni, vsakič drugačni in nista del TE. 37

38 INSERIJSKO ZAPOREDJE IS1 obrnjena ponovitev gen za transpozazo obrnjena ponovitev TRANSPOZON Tn1681 obrnjena ponovitev gen za transpozazo obrnjena ponovitev drugi geni obrnjena ponovitev gen za transpozazo obrnjena ponovitev IS1 IS1 Vrste transponibilnih elementov; zgoraj insercijska zaporedja (IS), spodaj transpozon (Tn) 38

39 krožni kromosom rekombinantni plazmid gostiteljska celica transformirana celica Transformacija 39

40 profag izločitev profaga in dela bakterijskih genov iz gostiteljskega kromosoma gostiteljska celica nastanek in sprostitev novih virusov okužba nove celice Transdukcija gensko spremenjena gostiteljska celica 40

41 krožni kromosom plazmid F + F - konjugacijski F + F + mostiček Konjugacija 41

42 krožni kromosom plazmid kromosom z vgrajenim plazmidom F - celica F + celica Hfr celica Oznake bakterij, ki sodelujejo pri konjugaciji. 42

43 mutacija somatske celice tumor (mutacija se ne prenese na potomce) telesna celica mutacija spolne celice spolna celica otrok z mutacijo v vseh telesnih celicah (mutacija se prenese na potomce) Posledice somatskih in zarodnih mutacij 43

44 Genske, kromosomske in številčne kromosomske mutacije 44

45 nemutirana DNK A T T A A GG T A G AK 1 AK 2 AK 3 AK 4 AK 5 beljakovina 1 zamenjava enega nukleotida (A T) mutirana DNK A T T A T GG T A G AK 1 AK 6 AK 3 AK 4 AK 5 beljakovina 2 vrinjenje enega nukleotida (T) mutirana DNK A T T A A T G G T A G AK 1 AK 2 AK 7 AK 8 AK 9 beljakovina 3 mutirana DNK izpad enega nukleotida (A) A A T T A G G T A G AK 1 AK 10 AK 11 AK 12 AK 5 beljakovina 4 Vzroki za genske mutacije in njihove posledice 45

46 hem globin veriga hemoglobin β veriga podenota hemoglobina Zgradba hemoglobina 46

47 β β Del nemutirane in mutirane ß-verige 47

48 A B geni A B A B A K L D E F kromosom delecija D E F duplikacija B D E F B D E F M N O P R E F inverzija translokacija Strukturne kromosomske mutacije 48

49 Prikaz monoploidne, poliploidne in anevploidne (monosomija, trisomija) celice 49

50 Shematski prikaz idiograma s triploidijo (3n) 50

51 XY 13 Patau sindrom 21 Downov sindrom 18 Edwardsov sindrom Trisomije 51

52 kromatida podvojeni kromosom materinska celica centromer par homolognih kromosomov gamete * * * * * nepravilno razhajanje kromosomov med mejozo združitev gamet X X normalna haploidna gameta normalna haploidna gameta TRISOMIJA MONOSOMIJA Nepravilno razdvajanje kromosomov med mejozo 52

53 verjetnost, da se bo rodil otrok z Downovim sindromom (%) starost matere (leta) S starostjo matere narašča verjetnost, da bo rodila otroka z Downovim sindromom. 53