Kυτταρική$Bιολογία$ ΔIAΛEΞΗ(9! (23/4/2012)! ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ)ΤΗΣ)ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ) ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ)ΚΑΙ) ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ)ΛΑΘΩΝ)
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(
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
Το(«ξετύλιγμα»(της(διπλής(έλικας(του(DNA( είναι(προϋπόθεση(για(την((αντιγραφή)
O(μηχανισμός(της(αντιγραφής(είναι( ημισυντηρητικός( Πατρική)διπλή)έλικα)DNA) ANTIΓPAΦH! ANTIΓPAΦH! Παλιά!αλυσίδα!DNA! Kαινούργια!αλυσίδα!DNA! ANTIΓPAΦH! )Θυγατρικές)διπλές)έλικες)DNA))
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!
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!
H(ANTIΓPAΦH(TOY(DNA( EINAI(MIA(ENZYMIKH(ΔIAΔIKAΣIA( ΠOIA(EINAI(TA(ENZYMA(ΠOY(EMΠΛEKONTAI;(
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!
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!
H(αδυναμία(της(DNA_πολυμεράσης( να(ξεκινήσει(την(αντιγραφή(από(μόνη(της( δημιουργεί(την(ανάγκη(για(εκκινητές( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$
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!
Στην(αντιγραφή(του(ευκαρυωτικού(DNA( δημιουργούνται(πολλαπλές(διχάλες( αντιγραφής(που(κινούνται(προς( αντίθετες(κατευθύνσεις( Σημεία!έναρξης!αντιγραφής! Kατεύθυνση!κίνησης!της! διχάλας!αντιγραφής! Διχάλες!αντιγραφής!
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)
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!
H(σύνθεση(του(προπορευόμενου(κλώνου( είναι(συνεχής(ενώ(του(καθυστερημένου( ασυνεχής( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$
Oι(DNA_πολυμεράσες(του(προπορευόμενου( και(του(καθυστερημένου(κλώνου(κινούνται( προς(αντίθετες(κατευθύνσεις( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$
Τα(κλάσματα(OKAZAKI(στην(αντιγραφή( Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$
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!
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$2004$
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$2004$
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$2004$
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).!
Bλάβες(του(DNA( Γουανίνη! Aποπουρίνωση) Aποπουρινωμένο! σάκχαρο! Aπαμίνωση) Kυτοσίνη! Γουανίνη! Oυρακίλη! Kλώνος!DNA! Kλώνος!DNA! Διμερή)Θυμίνης) Θυμίνη! Aκτινοβολία!UV! Θυμίνη! Διμερές!Θυμίνης!
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!
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!
Tα(στάδια(της(επιδιόρθωσης(εκτομής( 1)) 2)) 3)) 4)) 1! Genes$VIII$K$Ακαδημαϊκές$Εκδόσεις$2004$
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.!!
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!
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$2004$
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.!
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!
( Σας(Ευχαριστώ(για(την( Προσοχή(σας(