Αντιγραφή, έκφραση και ρύθµιση της γενετικής πληροφορίας Κεφάλαιο 2
Η συµπληρωµατικότητα των βάσεων του DNA T A G C Watson και Crick (1953): «είναι φανερό ότι το ειδικό ζευγάρωµα που έχουµε υποθέσει ότι δηµιουργείται µεταξύ των βάσεων του DNA προτείνει έναν απλό µηχανισµό αντιγραφής του γενετικούυλικού».
Οι Watson και Crick φαντάστηκαν µια διπλή έλικα η οποία ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση µιας νέας συµπληρωµατικής αλυσίδας.
Έτσι τα δύο θυγατρικά µόρια που προκύπτουν είναι πανοµοιότυπα µε το µητρικό και καθένα αποτελείται απόµίαπαλιάκαιµίακαινούριααλυσίδα. Ο µηχανισµός αυτός ονοµάστηκε ηµισυντηρητικός
1958: Τo πείραµα των Matthew Messelson & Frank Stahl s
To DNA αυτοδιπλασιάζεται ΠΙΘΑΝΟΙ ΤΡΟΠΟΙ
1958: Τοπείραµατων Matthew Meselson & Frank Stahl s https://www.youtube.com/watch?v= mfndvv518es
1958: Τοπείραµατων Matthew Meselson & Frank Stahl s
Άσκηση 1 σελίδα 39
Αντιγραφή του DNA
Αντιγραφή του DNA Γίνεται µόνο µια φορά πριν την κυτταρική διαίρεση, στη διάρκεια της µεσόφασης
Ο κύκλος ζωής ενός κύτταρου: Η αντιγραφή του DNA γίνετε στην φάση S (στον πυρήνα) S φάση G 1 ΜΕΣΟΦΑΣΗ G 2 Mίτωση -πρόφαση -µετάφαση -ανάφαση -τελόφαση
Αντιγραφή του DNA Γίνεται µόνο µια φορά πριν την κυτταρική διαίρεση, στη διάρκεια της Μεσόφασης Ευκαρυωτικά κύτταρα: πυρήνας, µιτοχόνδρια, χλωροπλάστες Προκαρυωτικά κύτταρα: κυτταρόπλασµα (πλασµίδια) Ιοί: εσωτερικό του κυττάρου ξενιστή
Στην αντιγραφή του DNA συνεργάζονται πολλά ένζυµα
Στην αντιγραφή του DNA συνεργάζονται πολλά ένζυµα Chapter 3 slide 15 Peter J. Russell, igenetics: Copyright Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. 台大農藝系遺傳學 601 20000
Τα κύτταρα διαθέτουν ένα σηµαντικό «οπλοστάσιο»: εξειδικευµένων ενζύµων άλλων πρωτεϊνών που λειτουργούν ταυτόχρονα και καταλύουν τις χηµικές αντιδράσεις της αντιγραφής µε µεγάλη ταχύτητα και µε εκπληκτική ακρίβεια
Ο µηχανισµός της αντιγραφής έχει µελετηθεί πολύ περισσότερο στα προκαρυωτικά κύτταρα, και κυρίως στο βακτήριο Escherichia coli, γιατί: το DNA τους είναι πολύ µικρότερο και απλούστερα οργανωµένο από το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων Τα βασικά στάδια του µηχανισµού της αντιγραφής παρουσιάζουν σηµαντικές οµοιότητες και στα δύο είδη κυττάρων.
Βασικές διαφορές της αντιγραφής στα 2 είδη κυττάρων: Αντιγραφή στο προκαρυωτικό κύτταρο ΓΕΝΕΤΙΚΟΥΛΙΚΟ: Ένα δίκλωνο κυκλικό DNA Ίσως να υπάρχουν και δίκλωνα κυκλικά πλασµίδια ΜΗΚΟΣ: 1 mm 1 θέση έναρξης της αντιγραφής (ολοκλήρωση της αντιγραφής σε λιγότερο από 30 λεπτά) Αντιγραφή πυρηνικού DNA στο ευκαρυωτικό κύτταρο ΓΕΝΕΤΙΚΟΥΛΙΚΟ: Πολλά δίκλωνα γραµµικά µόρια DNA ΜΗΚΟΣ: 1.000 φορές µεγαλύτερο (2µέτρα) Πολλές θέσεις έναρξης της αντιγραφής σε κάθε γραµµικό µόριο (γρήγορη ολοκλήρωση της αντιγραφής)
ΘΕΣΕΙΣ ΕΝΑΡΞΗΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ Η αντιγραφή του DNA αρχίζει από καθορισµένα σηµεία, που ονοµάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής
ΘΕΣΕΙΣ ΕΝΑΡΞΗΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ Όταν ανοίξει η διπλή έλικα, δηµιουργείται µια «θηλιά», η οποία αυξάνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Οι θηλιές που δηµιουργούνται κατά την έναρξη της αντιγραφής σε έναµόριο DNA είναιορατέςµετο ηλεκτρονικό µικροσκόπιο.
https://www.youtub e.com/watch?v=on uspqg0jd0 στη συνέχεια τα τµήµατα που δηµιουργούνται ενώνονται µεταξύ τους
DNA ελικάσες Για να αρχίσει η αντιγραφή του DNA, είναι απαραίτητο να ξετυλιχθούν στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής οι δύο αλυσίδες. Αυτό επιτυγχάνεται µε τη βοήθεια ειδικών ενζύµων, που σπάζουν τους δεσµούς υδρογόνου µεταξύ των δύο αλυσίδων. Τα ένζυµα αυτά ονοµάζονται DNA ελικάσες
DNA ελικάσες
DNA ελικάσες
Πριµόσωµα ειδικό σύµπλοκο που αποτελείται από πολλά ένζυµα συνθέτει στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής µικρά τµήµατα RNA, συµπληρωµατικά προς τις µητρικές αλυσίδες τα οποία ονοµάζονται πρωταρχικά τµήµατα
DNA πολυµεράσες Τα κύρια ένζυµα που συµµετέχουν στην αντιγραφή του DNA ονοµάζονται DNA πολυµεράσες.
DNA πολυµεράσες DNA πολυµεράσες επιµηκύνουν τα πρωταρχικά τµήµατα, τοποθετώντας συµπληρωµατικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις µητρικές αλυσίδες του DNA. DNA polymerase DNA polymerase
DNA πολυµεράσες Επειδή τα ένζυµα αυτά δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο έχει το πριµόσωµα http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/anim ations/replication/replication.htm Οι DNA πολυµεράσες λειτουργούν µόνο προς καθορισµένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόµενης αλυσίδας.
DNA πολυµεράσες Τα νέα µόρια DNA αρχίζουν να σχηµατίζονται, καθώς δηµιουργούνται δεσµοί υδρογόνου µεταξύ των συµπληρωµατικών αζωτούχων βάσεων των δεοξυριβονουκλεοτιδίων αντιγραφή γίνεται µε προσανατολισµό 5' προς 3'
Okazaki DNA πολυµεράσες Για να ακολουθηθεί αυτός ο κανόνας σε κάθε τµήµα DNA που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DNA είναι συνεχής στη µια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη. VIDEO στο youtube: https://www.youtube.co m/watch?v=vnxfk_d6 y80 https://www.youtube.co m/watch?v=onuspqg0 Jd0
ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ
Συνεχείς και ασυνεχείς θυγατρικοί κλώνοι
Συνεχείς και ασυνεχείς θυγατρικοί κλώνοι Okazaki
http://www.biostudio.com/d_%20 DNA%20Replication%20Coordinat ion%20leading%20lagging%20st rand%20synthesis.htm
Συνεχείς και ασυνεχείς θυγατρικοί κλώνοι
Συνεχείς και ασυνεχείς θυγατρικοί κλώνοι Nature (2003) vol 421,pp431-435
Structure of the Moving Complex
DNA πολυµεράσες 1. DNA πολυµεράσες επιµηκύνουν τα πρωταρχικά τµήµατα, τοποθετώντας συµπληρωµατικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις µητρικές αλυσίδες του DNA. DNA polymerase DNA polymerase
DNA πολυµεράσες 2. Ταυτόχρονα DNA πολυµεράσες αποµακρύνουν τα πρωταρχικά τµήµατα RNA και τα αντικαθιστούν µε τµήµατα DNA. http://www.stolaf.edu/ people/giannini/flashan imat/molgenetics/dnarna2.swf
DNA πολυµεράσες 3. DNA πολυµεράσες επιδιορθώνουν επίσης λάθη που συµβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Μπορούν, δηλαδή, να «βλέπουν» και να αποµακρύνουν τα νουκλεοτίδια που οι ίδιες τοποθετούν, κατά παράβαση του κανόνα της συµπληρωµατικότητας, και να τοποθετούν τα σωστά.
DNA δεσµάση Τα κοµµάτια της ασυνεχούς αλυσίδας συνδέονται µεταξύ τους µε τη βοήθεια ενός ενζύµου, που ονοµάζεται DNA δεσµάση Το ίδιο ένζυµο συνδέει και όλα τα κοµµάτια που προκύπτουν από τις διάφορες θέσεις έναρξης αντιγραφής
Επιδιόρθωση DNA Όπως τα προϊόντα ενός εργοστασίου ελέγχονται µε αρκετούς τρόπους, για να εξακριβωθεί αν έχουν κατασκευαστεί σωστά, έτσι και το κύτταρο ελέγχει αν η αλληλουχία βάσεων του DNA είναι σωστή.
Επιδιόρθωση DNA Η αντιγραφή του DNA είναι απίστευτα ακριβής, µόνο ένα νουκλεοτίδιο στα 100.000 µπορεί να ενσωµατωθεί λάθος. Τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από τις DNA πολυµεράσες, επιδιορθώνονται σε µεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυµα. Έτσι ο αριθµός των λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς στο ένα στα 10 10!
Ανακεφαλαίωση Η αντιγραφή του DNA γίνεται: µε ηµισυντηρητικό µηχανισµό µε κατεύθυνση 5 ->3 µε την συµµετοχή πολλών ενζύµων και πρωτεϊνών: 1. Πριµώσωµα 2. DNA ελικάσες 3. DNA πολυµεράσες 4. DNA δεσµάση 5. Επιδιορθωτικά ένζυµα µε ταχύτητα και ακρίβεια
πηγέςστοweb: ΣΤΑΑΓΓΛΙΚΑ : http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/replicat ion/replication.htm http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter11/animation_quiz_2.html http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/dn a_replication/index.html http://www.biostudio.com/d_%20dna%20replication%20coordination %20Leading%20Lagging%20Strand%20Synthesis.htm http://www.biostudio.com/d_%20dna%20replication%20nucleotide%2 0Polymerization.htm http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/dna-rna2.swf http://www.bioteach.ubc.ca/teachingresources/molecularbiology/dnareplication.s wf https://www.youtube.com/watch?v=27txkofu2nw ΜΕ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥΣ ΥΠΟΤΙΤΛΟΥΣ: https://www.youtube.com/watch?v=lzho2opogoy https://www.youtube.com/watch?v=silwrz7hcdw