BIO1502. Lecture 1 The bacterial model system. Tassos Economou

BIO1502 Lecture 1 The bacterial model system Tassos Economou

ecoserver.imbb.forth.gr/ teaching/bio502

Yeast

Κυτταρικη οργανωση ευκαρυωτικου οργανισµου

Κύριο Βακτηριακό µοντέλο= Εscherichia coli

H µεγάλη σας φίλη Το βακτηριο E.coli

H xηµεία της ζωής είναι χηµεία πολυµερών

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

Κυτταρικη Μορφολογια Μικροοργανισµων http://www.cellsalive.com/cells/bactcell.htm

Οπτικο Μικροσκοπιο Bright field Phase Contrast S.cereviciae Dark field

Οπτικο Μικροσκοπιο+Φθορισµος

Ηλεκτρονικο Μικροσκοπιο

Ηλεκτρονικο Μικροσκοπιο Σαρωσης

Μορφολογια Βακτηριων

Βακτηριακα µεγεθη

Ξεναγηση στο Βακτηριακο Κυτταρο

Βακτηριακο Κυτταρο- 1.Εξωτερικα εξαρτηµατα You are here

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

Μαστιγια Περιτριχα Πολικο Λοφοτριχα

Μαστιγια-Χηµειοτακτισµος

Δοµη µαστιγιου

Τριχιδια

Βακτηριακο Κυτταρο- 2.Η εξωτερικη µεµβρανη You are here

Οπτικο Μικροσκοπιο+Χρωσεις GRAM + GRAM -

Κυτταρικο Τοιχωµα Gram- vs Gram+

Κυτταρικο Τοιχωµα Gram - Gram +

Κυτταρικο τοιχωµα Gram-

Κυτταρικο τοιχωµα Gram

Λιποπολυσακχαριτης

Πορινες

Βακτηριακο Κυτταρο- 3.Το περιπλασµα You are here

Πεπτιδογλυκανη Gram-

Πεπτιδογλυκανη

Το βακτηριακο κυτταρο αυξανει απο τον ισηµερινο

Μα τι τη θελω βρε παιδακι µου την πεπτιδογλυκανη?

Πεπτιδογλυκανη υποτονο ισοτονο

Βακτηριακο Κυτταρο- 4.Η εσωτερικη µεµβρανη You are here

Πλασµατικη µεµβρανη

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

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).!

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).!

Πλασµατικη µεµβρανη

Πλασµατικη µεµβρανη

Πλασµατικη µεµβρανη 1. 2. 3.

Βακτηριακο Κυτταρο- 5.Κυτταροπλασµατικα οργανιδια You are here

Βακτηριακο Κυτταρο- Κυτταροπλασµατικα οργανιδια Α. Ριβοσωµατα B. Πυρηνοειδες

Βακτηριακο Κυτταρο- Κυτταροπλασµατικα οργανιδια Α. Ριβοσωµατα B. Πυρηνοειδες

Ριβοσωµατα

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

Ριβοσωµα

Ριβοσωµα (αναλυση 15Angstroem, 1995)

Ριβοσωµα (αναλυση 5.5 Angstroem, 2001)

Βακτηριακο Κυτταρο- Κυτταροπλασµατικα οργανιδια Α. Ριβοσωµατα B. Πυρηνοειδες

Βακτηριακο Κυτταρο- Πυρηνοειδες You are here

Μεγεθος γενετικου υλικου των οργανισµων

Βακτηριακο γενετικο υλικο= Χρωµοσωµατα και πλασµιδια Χρωµοσωµα Πλασµιδιο

Βακτηριακο γενετικο υλικο

Υπερελικωση του γενετικου υλικου των βακτηριων http://www.maths.uq.edu.au/~infinity/infinity7/

Οργανωση του γενετικου υλικου των βακτηριων σε βροχους

Βακτηριακές πρωτεινες οµοιαζουσες µε ιστονες συµµετεχουν στο πακεταρισµα του DNA στο πυρηνοειδες IHF (E. coli) HU (B. stearothermophilus) TF1 (B. subtilis) http://www.biologie.uni-hamburg.de/lehre/bza/1ihf/e1ihfm.htm

Δεσµευση DNA απο τον IHF (Integration Host Factor) του E. coli DNA http://www.biologie.uni-hamburg.de/lehre/bza/1ihf/e1ihfm.htm

Οργανωση του γενετικου υλικου των βακτηριων σε βροχους

Μηπως κοιµηθηκαµε?

Πως ξερει το κυτταρο πως να παρασκευαζει τον εαυτο του?

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

Η πληροφορια στο DNA ειναι οργανωµενη σε γονιδια

Υποκινητης-η ρυθµιστικη περιοχη του γονιδιου

Γονιδιο-η κωδικη περιοχη

1 γονιδιο κωδικοποιει 1 πολυπεπτιδικη αλυσιδα η 1 δοµικο RNA

Η µεταγραφη αρχιζει απο τον υποκινητη

Μορφες της RNA πολυµερασης - σ + σ

Πως αναγνωριζει υποκινητες η RNA πολυµεραση? 5 3

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

Εναρξη µεταγραφης Θεση +1 Α η G

Μεταγραφη-επιµηκυνση

Ληξη µεταγραφης

Ληξη µεταγραφης καθοδηγουµενη απο φουρκετες

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

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

Μη-µεταφρασιµες περιοχες 5 3 υποκινητης -35-10 +1 3 5 RNA 5 3 5 UTR 3 UTR

Μη-µεταφρασιµες περιοχες 5 3 υποκινητης -35-10 +1 3 5 RNA 5 3 5 UTR 3 UTR πρωτεινη Ν C

Μεταφραση

Μη-µεταφρασιµες περιοχες 5 3 υποκινητης -35-10 +1 3 5 RNA 5 3 Shine- Dalgarno

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

Φορτωµα trna µε αµινοξεα

Το trna ειναι το µονο διγλωσσο µακροµοριο του κυτταρου

Το trna αναγνωριζει mrna

Μεταφραση

Στα βακτηρια η µεταγραφη ειναι συζευγµενη µε τη µεταφραση

Οπερονιο= πολλα γονιδια µε εναν µονο υποκινητη

Τα οπερονια δινουν πολυκιστρονικα µηνυµατα mrna

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

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

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

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

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 )

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

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

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

Και τι γινεται η χηµικη ενεργεια που εισηχθη στο κυτταρο?

Η ενεργεια που ελευθερωνεται απο οξειδοαναγωγικες αντιδρασεις αποθηκευεται σε µορφη ATP

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

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-

Οξειδωτικη Φωσφορυλιωση

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-

Γιατι Φωσφορυ λιωση?

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

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

Σύζευξη Αναβολισµού- Καταβολισµού

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

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

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

Γιατι να ρυθµιζω βρε παιδακι µου?

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

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

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

Δεν ξερω τι να πρωτοφαω.. Γλυκοζη

Παγκοσµια ρυθµιση

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

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

Κυτταρικη Διαιρεση

ΑΝΤΙΓΡΑΦΩ DNA= πολυµερίζω δεσοξυριβονουκλεοτίδια 5 -> 3

Δοµες «Θ» η δοµες Cairnes Τερµατισµος (ter)

H DNA Pol III κανει λαθη, πολλα απο τα οποια τα διορθωνει αµεσως 3 >5 εξωνεουκλεαση

Τρελλαινοµαι για µεταλλαξεις

Γενετικη Ορολογια - Φυσικος τυπος - Μεταλλαγµενος τυπος

ΜΕΤΑΛΛΑΞΗ = αλλαγή στην αλληλουχία των βάσεων του γενετικού υλικού (κατά την αντιγραφή ή λόγω µεταλλαξιγόνων) που κληρονοµείται

Συζευξη

Μετασχηµατισµος

Μεταγωγη (µε φαγο)

Βακτηριακη Βιοτεχνολογια

Φορεις κλωνοποιησης/ εκφρασης ετερολογων γονιδιων

Φορεις κλωνοποιησης/ εκφρασης ετερολογων γονιδιων σχηµατισµος υβριδικων πρωτεινων

Κλωνοποιηση ευκαρυωτικων ετερολογων γονιδιων