BIO1502. Lecture 1 The bacterial model system. Tassos Economou

Transcript

1 BIO1502 Lecture 1 The bacterial model system Tassos Economou

2 ecoserver.imbb.forth.gr/ teaching/bio502

3 Yeast

4 Κυτταρικη οργανωση ευκαρυωτικου οργανισµου

5 Κύριο Βακτηριακό µοντέλο= Εscherichia coli

6 H µεγάλη σας φίλη Το βακτηριο E.coli

7 H xηµεία της ζωής είναι χηµεία πολυµερών

8 4 γευσεις βιολογικων µακροµοριων ΑΤΑΞΙΑ ΑΤΟΜΑ Ν, Ο, C, S, P, H... (ΜΙΚΡΟ)ΜΟΡΙΑ Σάκχαρα Λιπαρά οξέα Νουκλεοτίδια Αµινοξέα ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ Πολυσακχαρίτες Λιπίδια DNA, RNA Πρωτεΐνες ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑΚΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΑΞΗ (οργάνωση δοµών) µη πληροφοριακά πληροφοριακά

9 Κυτταρικη Μορφολογια Μικροοργανισµων

10 Οπτικο Μικροσκοπιο Bright field Phase Contrast S.cereviciae Dark field

11 Οπτικο Μικροσκοπιο+Φθορισµος

12 Ηλεκτρονικο Μικροσκοπιο

13 Ηλεκτρονικο Μικροσκοπιο Σαρωσης

14 Μορφολογια Βακτηριων

15 Βακτηριακα µεγεθη

16 Ξεναγηση στο Βακτηριακο Κυτταρο

17 Βακτηριακο Κυτταρο- 1.Εξωτερικα εξαρτηµατα You are here

18 Βακτηριακο Κυτταρο- 1.Εξωτερικα εξαρτηµατα Α. Μαστιγια-Flagella Β. Ινιδια-Fimbriae Γ. Τριχιδια-Pilli Δ. Εξωπολυσακχαριτες

19 Μαστιγια Περιτριχα Πολικο Λοφοτριχα

20 Μαστιγια-Χηµειοτακτισµος

21 Δοµη µαστιγιου

22

23 Τριχιδια

24 Βακτηριακο Κυτταρο- 2.Η εξωτερικη µεµβρανη You are here

25 Οπτικο Μικροσκοπιο+Χρωσεις GRAM + GRAM -

26 Κυτταρικο Τοιχωµα Gram- vs Gram+

27 Κυτταρικο Τοιχωµα Gram - Gram +

28 Κυτταρικο τοιχωµα Gram-

29 Κυτταρικο τοιχωµα Gram

30 Λιποπολυσακχαριτης

31 Πορινες

32 Βακτηριακο Κυτταρο- 3.Το περιπλασµα You are here

33 Πεπτιδογλυκανη Gram-

34 Πεπτιδογλυκανη

35 Το βακτηριακο κυτταρο αυξανει απο τον ισηµερινο

36 Μα τι τη θελω βρε παιδακι µου την πεπτιδογλυκανη?

37 Πεπτιδογλυκανη υποτονο ισοτονο

38 Βακτηριακο Κυτταρο- 4.Η εσωτερικη µεµβρανη You are here

39 Πλασµατικη µεµβρανη

40 Ατοµικη κινηση στη θαλασσα των λιπιδιων (molecular dynamics simulation)! H2O! Λιπιδικη Διπλοστιβαδα! H2O! (red-white: water, grey-white: hydrocarbon chains, yellow: headgroups).!

41 Πτηση πανω και µεσα στη θαλασσα των λιπιδιων (molecular dynamics simulation) 120 picoseconds! (κοκκινο-λευκο: νερο, γκρι-λευκο: ουρες υδρογονοανθρακων, κιτρινο: κεφαλες φωσφολιπιδιων).! (red-white: water, grey-white: hydrocarbon chains, yellow: lipid headgroups).!

42 Πτηση διαµεσου της θαλασσας των λιπιδιων (molecular dynamics simulation)! 123,903 atoms, 864 DLPE +14,365 H2O. (κοκκινο-λευκο: νερο, γκρι-λευκο: ουρες υδρογονοανθρακων, κιτρινο: κεφαλες φωσφολιπιδιων).! (red-white: water, grey-white: hydrocarbon chains, yellow: lipid headgroups).!

46 Βακτηριακο Κυτταρο- 5.Κυτταροπλασµατικα οργανιδια You are here

47 Βακτηριακο Κυτταρο- Κυτταροπλασµατικα οργανιδια Α. Ριβοσωµατα B. Πυρηνοειδες

49 Ριβοσωµατα

50 Μια φετα Escherichia coli ί µεµβρανη πρωτεινη ριβοσωµα mrna DNA Απεικονιση David Goodsell

51 Ριβοσωµα

52 Ριβοσωµα (αναλυση 15Angstroem, 1995)

53 Ριβοσωµα (αναλυση 5.5 Angstroem, 2001)

55 Βακτηριακο Κυτταρο- Πυρηνοειδες You are here

56 Μεγεθος γενετικου υλικου των οργανισµων

57 Βακτηριακο γενετικο υλικο= Χρωµοσωµατα και πλασµιδια Χρωµοσωµα Πλασµιδιο

58 Βακτηριακο γενετικο υλικο

59 Υπερελικωση του γενετικου υλικου των βακτηριων

60 Οργανωση του γενετικου υλικου των βακτηριων σε βροχους

61 Βακτηριακές πρωτεινες οµοιαζουσες µε ιστονες συµµετεχουν στο πακεταρισµα του DNA στο πυρηνοειδες IHF (E. coli) HU (B. stearothermophilus) TF1 (B. subtilis)

62 Δεσµευση DNA απο τον IHF (Integration Host Factor) του E. coli DNA

63 Οργανωση του γενετικου υλικου των βακτηριων σε βροχους

64 Μηπως κοιµηθηκαµε?

65 Πως ξερει το κυτταρο πως να παρασκευαζει τον εαυτο του?

66 ΚΥΤΤΑΡΟΠΟΥΛΟΣ Η ΣΥΝΤΑΓΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ (ή πως να παρασκευάζω πρωτείνες για να παρασκευάζουν αντίγραφά µου) 1. Διαχωρισµός των µορίων που κωδικοποιούν την πληροφορία (DNA) από τα µόρια που παράγουν έργο (πρωτείνες) 2.Χρήση µιάς συµβολικής γλώσσας 4 µόνο γραµµάτων-κώδικας 3.Χρήση αυστηρών κανόνων για την ανάγνωση του κώδικά I.γονίδια II.υποκινητές III.5 ->3 IV.Ν->C V.σήµατα αρχής και τέλους VI.3 βάσεις=1 αµινοξύ

67 Η πληροφορια στο DNA ειναι οργανωµενη σε γονιδια

68 Υποκινητης-η ρυθµιστικη περιοχη του γονιδιου

69 Γονιδιο-η κωδικη περιοχη

70 1 γονιδιο κωδικοποιει 1 πολυπεπτιδικη αλυσιδα η 1 δοµικο RNA

71 Η µεταγραφη αρχιζει απο τον υποκινητη

72 Μορφες της RNA πολυµερασης - σ + σ

73 Πως αναγνωριζει υποκινητες η RNA πολυµεραση? 5 3

74 Εναλλακτικοι παραγοντες σ Βαση Δεδοµενων Υποκινητων E.coli δες CD-ROM

75

76 Εναρξη µεταγραφης Θεση +1 Α η G

77 Μεταγραφη-επιµηκυνση

78 Ληξη µεταγραφης

79 Ληξη µεταγραφης καθοδηγουµενη απο φουρκετες

80 Mεταφραζω = πολυµερίζω αµινοξεα απο ΝH2 προς COOH καθως διαβαζω mrna κατά τη φορά 5' -> 3'

81 ΚΥΤΤΑΡΟΠΟΥΛΟΣ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΧΡΕΙΑΖΟΝΤAΙ ΓΙΑ ΝΑ ΓΙΝΕΙ ΒΑΚΤΗΡΙΑKΗ ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ 1.mRNA 2.tRNA-aa 3.30S+50S = ριβοσώµατα 4.GTP, ATP 5.Παράγοντες εκκίνησης 6.Παράγοντες επιµήκυνσης 7.Παράγοντες ελευθέρωσης

82 Μη-µεταφρασιµες περιοχες 5 3 υποκινητης RNA UTR 3 UTR

83 Μη-µεταφρασιµες περιοχες 5 3 υποκινητης RNA UTR 3 UTR πρωτεινη Ν C

84 Μεταφραση

85 Μη-µεταφρασιµες περιοχες 5 3 υποκινητης RNA 5 3 Shine- Dalgarno

86 Θέση Δέσµευσης Ριβοσώµατος ή Ribosome Βinding Site ή Aλληλουχία Shine-Dalgarno συνήθως: AGGAGGU ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ SHINE-DALGARNO ΜΕ ΡΙΒΟΣΩΜΑ 5'- XXX AG G G G G OH 3' A AUUCCUCCAC 30S U A U C XXXXXXAUGXXX... 16S RNA -3' mrna

87 Φορτωµα trna µε αµινοξεα

88 Το trna ειναι το µονο διγλωσσο µακροµοριο του κυτταρου

89 Το trna αναγνωριζει mrna

90 Μεταφραση

91 Στα βακτηρια η µεταγραφη ειναι συζευγµενη µε τη µεταφραση

92 Οπερονιο= πολλα γονιδια µε εναν µονο υποκινητη

93 Τα οπερονια δινουν πολυκιστρονικα µηνυµατα mrna

94 Τα οπερονια δινουν πολυκιστρονικα µηνυµατα µε ξεχωριστες θεσεις SD mrna SD SD SD

95 Τα πολυκιστρονικα µηνυµατα παραγουν πολλες πρωτεινες mrna SD SD SD Πρωτεινη 1 Πρωτεινη 2 Πρωτεινη 3

96 Tο βακτηριακό κυτταρο χρησιµοποιεί χηµική ενέργεια από το περιβάλλον για να πολεµήσει την αταξία

97 Κ Υ Τ Τ Α Ρ Ι Κ Ο Σ Μ Ε Τ Α Β Ο Λ Ι Σ Μ Ο Σ The image cannot be Φ displayed. Ω Your Σ computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Χ Η The image Μ cannot Ι be displayed. Κ Η Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Ε Ν Ε Ρ Γ Ε Ι Α Δ The Ο image cannot Μ be displayed. Ι Κ Your Α computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Σ Τ Ο Ι Χ Ε Ι Α The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Α Π Ο Β Λ Η Τ Α + Θ Ε Ρ Μ Ο Τ Η Τ Α

98 Αλληλοµετατροπες των τριων µορφων ενεργειας Ε Ν Ε Ρ Γ Ε Ι Α ( Φ Ω Σ, Ο 2, Α Ν Α Π Ν Ε Υ Σ Τ Ι Κ A Υ Π Ο Σ Τ Ρ Ω Μ Α Τ Α ) Δ µ Η + Δ µ Ν a + έ ρ γ ο The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. έ ρ γ ο A T P έ ρ γ ο Ε Ν Ε Ρ Γ Ε Ι Α ( Γ Λ Υ Κ Ο Λ Υ Τ Ι Κ Α Υ Π Ο Σ Τ Ρ Ω Μ Α Τ Α )

99 Σε τι µου χρειαζεται η ενεργεια που παιρνω απο το εξωτερικο περιβαλλον?

100 ΧΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ 1. Βιοσύνθεση (αναβολισµός) 2. Κίνηση (π.χ. µαστίγια) 3. Διαµεµβρανική µεταφορά χηµικών

101 Κ Υ Τ Τ Α Ρ Ι Κ Ο Σ Μ Ε Τ Α Β Ο Λ Ι Σ Μ Ο Σ The image cannot be Φ displayed. Ω Your Σ computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Χ Η The image Μ cannot Ι be displayed. Κ Η Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Ε Ν Ε Ρ Γ Ε Ι Α Δ The Ο image cannot Μ be displayed. Ι Κ Your Α computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Σ Τ Ο Ι Χ Ε Ι Α The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Α Π Ο Β Λ Η Τ Α + Θ Ε Ρ Μ Ο Τ Η Τ Α

102 Και τι γινεται η χηµικη ενεργεια που εισηχθη στο κυτταρο?

103 Η ενεργεια που ελευθερωνεται απο οξειδοαναγωγικες αντιδρασεις αποθηκευεται σε µορφη ATP

104 ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΝΑΓΩΓΗ Δότης e - = πηγή ενέργειας Δέκτης e- ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΖΕΥΓΟΣ

105 Δυο δροµοι για να χρησιµοποιηθει η ενεργεια απο χηµικες ενωσεις στην παρασκευη ATP -0.5V ΔΟΤΗΣ e- ΖΥΜΩΣΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. ΗΛΕΚΤΡΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Βακτηριακό κύτταρο ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΑΝΑΠΝΟΗ ATP ή +0.9V ΔΕΚΤΗΣ e-

106 Οξειδωτικη Φωσφορυλιωση

107 ΔΟΤΗΣ e- ΗΛΕΚΤΡΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Βακτηριακό κύτταρο ATP ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΑΝΑΠΝΟΗ ή ΔΕΚΤΗΣ e-

108 Γιατι Φωσφορυ λιωση?

109 ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡA e- αναπνοή ΠΕΡΙΠΛΑΣΜΑ ΕΣ. ΜΕΜΒΡΑΝΗ KYTTAΡOΠΛΑΣΜΑ H + e - H 2 O ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ H + H + H + H + H + H + O 2 OH - ΧΗΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ H + H + H + The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still + e - H + H + H + The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been The image corrupted. cannot be displayed. Your computer may Restart not your have enough memory to computer, open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. H + ADP+Pi ATP ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ

110 H F 1 F 0 ATPαση/συνθάση F 0 Μεµβρανη F 1 ATPσυνθαση

111 Σύζευξη Αναβολισµού- Καταβολισµού

112 Κ Υ Τ Τ Α Ρ Ι Κ Ο Σ Μ Ε Τ Α Β Ο Λ Ι Σ Μ Ο Σ

113 Κ Υ Τ Τ Α Ρ Ι Κ Ο Σ Μ Ε Τ Α Β Ο Λ Ι Σ Μ Ο Σ

114 Οι λειτουργιες της βακτηριακης κυτταρικης µηχανης υποκεινται σε διαρκη ρυθµιση εκπληκτικης ακριβειας

115 Γιατι να ρυθµιζω βρε παιδακι µου?

116 Ρυθµίζω= 1. Μεταβάλλω την ποσότητα και την ποικιλία των RNA και/ή των πρωτεινών µου 2. Μεταβάλλω/Ελέγχω τη δραστικότητα των ενζύµων µου

117 Η Κυτταρικη ρυθµιση ειναι πολυεπιπεδη 5! 4! 3! 2! 1!

118 ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 5 3 cis 3 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. DNA 5 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. trans

119 Δεν ξερω τι να πρωτοφαω.. Γλυκοζη

120 Παγκοσµια ρυθµιση

121 ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΡΥΘΜΙΣΗ σ ή µ α Ρ Υ Θ Μ Ι Ζ Ο Ν Ι Α Ο Π Ε Ρ Ο Ν Ι Α Γ Ο Ν Ι Δ Ι Α

122 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ H βακτηριακή κυτταρική µηχανή µεταφέρει τη γενετική πληροφορία στο διηνεκές παράγοντας αντίγραφα του εαυτού της