DNA και δομή χρωμοσωμάτων Alberts et al. Kεφ. 6 και Kεφ 8 (σελ. 285-295)
Μεταβίβαση γενετικής πληροφορίας
Τα βιολογικά μόρια σχηματίζουν Χημικούς δεσμούς Ισχυροί Χημικοί δεσμοί Ομοιοπολικός δεσμός Ετεροπολικός δεσμός
Ασθενείς Χημικοί δεσμοί Δεσμός Η Δεσμός Van der Waals (N, F) Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις
Ισχύς χημικών δεσμών Δεσμοί Μήκος ( o Α) Ισχύς στο νερό (kcal/mole) Ομοιοπολικός ~1.5 ~90 Ετεροπολικός ή Ιοντικός ~2.5 ~3 Δεσμός υδρογόνου Δεσμός Van der Waals ~3 ~1 ~3.5 ~0.1
Τα μικρομόρια δημιουργούν μακρομόρια
Τα μακρομόρια αλληλεπιδρούν κυρίως με ασθενείς δεσμούς
Αντικείμενα του μαθήματος Διαιώνιση/ Εξέλιξη της πληροφορίας m Μεταφορά της πληροφορίας Εκτέλεση της πληροφορίας =>Κυτταρικός τύπος (φαινότυπος)
Η γενετική πληροφορία βρίσκεται στο DNA Τα γονίδια αποτελούν μικρά τμήματα του DNA Α-Εικόνα 6-8 Γονιδίωμα = Το σύνολικό DNA του κυττάρου
Διαφορετικοί τύποι κυττάρων
Τα Νουκλεοτίδια: Οι δομικοί λίθοι του DNA και RNA Βάση Φωσφορική ομάδα Σάκχαρο Σ
C Οι βάσεις
Τα σάκχαρα 5 4 3 2 1
Σχηματισμός νουκλεοτιδίων Νουκλεοτίδια Νουκλεοσίδιo Νουκλεοτίδιo
Ορολογία Βάσεις Νουκλεοσίδια Νουκλεοτίδια Αδενίνη (Α) Αδενοσίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Αδενοσίνη (damp) Γουανίνη (G) Γουανοσίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Γουανοσίνη (dgmp) Κυτοσίνη (C) Κυτιδίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Κυτιδίνη (dcmp) Θυμίνη (T) Θυμιδίνη (δεοξυ) Μονοφωσφορική Θυμιδίνη (dtmp)
Κάθε αλυσίδα του DNA έχει κατεύθυνση 5 3 ενώ ο φωσφοδιεστερικός δεσμός είναι 3 5 5 άκρο 5 3 5 3 άκρο
Σύζευξη συμπληρωματικών βάσεων Αντιπαράλληλη διάταξη αλυσίδων Α-Εικόνα 6-5
Δευτεροταγής δομή του DNA Α-Εικόνα 6-4
Δευτεροταγής δομή του DNA Αντιπαράλληλες αλυσίδες 5 3 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Διπλή έλικα του DNA Μεγάλη Μικρή 10.5 bp 3,4 nm Μεγάλη
Πρόσδεση πρωτεΐνης στο DNA
Αντιγραφή του DNA Α-Εικόνα 6-11
Σύνθεση του DNA Α-Εικόνα 6-10! DNA πολυμεράση 5 3 5 3 3 5
Σύνθεση του DNA Α-Εικόνα 6-15
Έναρξη της αντιγραφής ΑΤ rich (Σημείο έναρξης) 1/10.000 bp Εναρκτήριες πρωτεΐνες
Διχάλες αντιγραφής
Ο προπορευόμενος κλώνος συνθέτεται συνεχώς Ο καθυστερημένος κλώνος συνθέτεται ασυνεχώς 5 Προπορευόμενος κλώνος Καθυστερημένος κλώνος
Εναρκτήριες πρωτεΐνες Εκκίνηση της αντιγραφής DNA Pol. Ελικάσες 5 3 3 5 RNA εκκινητής~ 10 Nt
Εκκίνηση της αντιγραφής Ελικάση DNA primase DNA πολυμεράση
Αντιγραφή στους δύο κλώνους 5 3 5 3 DNA Πολ. DNA Πριμάση
RNA εκκινητές 3 5
Απομάκρυνση εκκινητών RNA και σύνδεση τμημάτων οkazaki Α-Εικόνα 6-20 DNA πολ. Ι (5 3 εξωνουκλεάση) Τμήματα Okazaki (~1000 Nt) Λιγάση
Αντίδραση λιγάσης
Αντιγραφική μηχανή Α-Εικόνα 6-21 DNA Pol Λάθη πολυμεράσης = 1/10 7
Επιδιόρθωση Α-Εικόνα 6-25 3 5 εξωνουκλεάση σύνθεσης 3 έξω 5 έξω
Μεταλλάξεις Α-Εικόνα 6-27 Αποπουρίνωση Απαμίνωση
Μεταλλάξεις Α-Εικόνα 6-28
Χρωματίνη και χρωμοσώματα
Χρωματίνη και Χρωμοσώματα Α-Εικόνα 8-4 Χρωμόσωμα DNA~ 1 m Διάμετρος πυρήνα~10 μm Συμπύκνωση ~10 4
Νουκλεοσώματα Α-Εικόνα 8-9 147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές H1 165 bp
Συσπείρωση νουκλεοσωμάτων Ίνα 10 nm
Συσπείρωση χρωματίνης Α-Εικόνα 8-10 Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης
Μορφές χρωματίνης Σε όλα τα κύτταρα Ιδιοστατική (constitutive) κεντρομερή τελομερή Ετεροχρωματίνη Κυτταροειδικότητασταδιοειδικότητα χρονοειδικότητα Εναλλακτική (fucultative) Ευχρωματίνη Γονίδια
Μεταγραφή
Ροή της γενετικής πληροφορίας Α-Εικόνα 7-1 Αντιγραφή (Διαιώνιση/ Εξέλιξη της πληροφορίας) Μεταγραφή mrna (Μεταφορά της πληροφορίας) rrna (Μετάφραση) trna (Μετάφραση) srna (κατάλυση-ρύθμιση) Μετάφραση Πρωτεΐνες (Εκτέλεση της πληροφορίας) [κυτταρικές δομές, κατάλυση, ρύθμιση, ανοσοαπόκριση, μεταφορά, κίνηση] κυτταρικός τύπος
Έκφραση των γονιδίων Α-Εικόνα 7-2 νευρώνας ηπατικό κύτταρο Β Β Α Α Α Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β Β
K M Εικόνα 9.1 Η λειτουργία της RNA πολυμεράσης είναι να μεταγράφει μια αλυσίδα δίκλωνου DNA σε RNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Εικόνα 9.3 Οι αλυσίδες DNA διαχωρίζονται για να σχηματίσουν μια μεταγραφική θηλιά. Το RNA συντίθεται με το ζευγάρωμα συμπληρωματικών βάσεων με μία από τις αλυσίδες του DNA. Τριφωσφοριβονουκλεοτίδια A, U, G, C Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Η λειτουργία της RNA πολυμεράσης είναι να μεταγράφει μια αλυσίδα δίκλωνου DNA σε RNA. RNA πολυμεράση Κωδική αλυσίδα (ή μήτρα)
Κάθε γονίδιο μεταγράφεται από την μία μόνο αλυσίδα DNA Α-Εικόνα 8-4
Πρωτοταγής δομή του RNA Α-Εικόνα 7-3
Δευτεροταγής δομή του RNA
Ορολογία Μεταγραφική μονάδα 5 3 Πρωτογενές μετάγραφο Εικόνα 9.2 Μια μεταγραφική μονάδα μεταγράφεται σε ένα ενιαίο RNA. Ώριμο RNA (mrna) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Εικόνα 9.16 Οι RNA πολυμεράσες των ευβακτηρίων αποτελούνται από τέσσερα είδη υπομονάδων: οι α, β και β έχουν σχετικά σταθερά μεγέθη σε διάφορα είδη βακτηρίων, ενώ η σ ποικίλλει σε μεγαλύτερο βαθμό. Κεντρικό ένζυμο (ΚΕ) ω Συναρμολόγηση Και σταθεροποίηση Του ενζύμου Ολοένζυμο (ΟΕ) = ΚΕ + σ 40 Nt/sec Συχνότητα λαθών = 10-6
RNA πολυμεράση β β (~9 Nt)
RNA πολυμεράση των βακτηρίων
RNA Πολυμεράσες
DNA + Pol t 1/2 DNA + Pol DNA-Pol KB = [DNA-Pol] [DNA] [Pol] KB: συγγένεια t 1/2 : σταθερότητα του συμπλόκου K: κινητική σταθερά
Εικόνα 9.22 ΚΒ= 10 5 t 1/2 =60 min ΚΒ= 10 1 t 1/2 =~1 sec ΚΒ= 10 6-9 t 1/2 > hr ΚΒ=10 6 1 έναρξη/30 min ΚΒ=10 12 1 έναρξη/1 sec (1.800X)
Έναρξη της μεταγραφής 5 (Κεντρικό ένζυμο)
Υποστάδια της έναρξης Αναγνώριση Εικόνα 9-11 Συχνότητα ενάρξεων< 1 έναρξη/sec Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Υποκινητές προκαρυωτικών γονιδίων TTGACA 16-19 bp TATAAT 5-9 bp 82 84 78 65 54 45 80 95 45 60 50 96 90% Pu Πρότυπες αλληλουχίες
12 bp ειδικό σήμα (4 12 = ~17X10 6 ) Εικόνα 9.27 TTGACA---------17--------TATAAT----7---Pu (Ιδανικός υποκινητής) Εικόνα 9.27 Ένας τυπικός υποκινητής αποτελείται από τρία στοιχεία: τις πρότυπες αλληλουχίες στις θέσεις -35 και -10 και το σημείο έναρξης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Πρόσδεση RNA πολ. στους υποκινητές β β.2.4 ~16-19 bp (Α+Τ)n -50
ΚΕ
ΚΕ 2.2 2.1 2.4 4.2 1.2 1.1 2.4 4.2 Εικόνα 9.38 Το Ν-τελικό άκρο του σίγμα εμποδίζει τις επικράτειες πρόσδεσης στο DNA να προσδεθούν σε αυτό. Όταν σχηματίζεται ένα ανοικτό σύμπλοκο, το Ν-τελικό άκρο μετακινείται 20 Ǻ μακριά και οι δύο επικράτειες πρόσδεσης στο DNA απομακρύνονται η μία από την άλλη κατά 15 Ǻ. Πρόσδεση στο ΚΕ μετατόπιση της Ν-τελικής περιοχής κατά 20 Α ο πρόσδεση στο -35 κουτί και ακολούθως στο -10 κουτί αποδιάταξη του DNA εκτόπιση της Ν-τελικής περιοχής και εισαγωγή της περιοχής +1 του DNA στο ενεργό κέντρο του ενζύμου -10-35 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Πρόσδεση του παράγοντα σ στους υποκινητές 2.4 A T T A A 2.3 T Κ 1 2 3 Μεταγραφή 4.2 3 1 2 Μ
Λήξη της μεταγραφής Εικόνα 9.47 5 ---GCAATCCCGAAACAGTTCGGTAGTAGTTAGAGCCGATAACGGTTTCGGGATTTTTTT---3 3 --CGTTAGGGCTTTGTCAAGCCATCATCAATCTCGGCTATTGCCAAAGCCCTAAAAAAA--5 Βρόχος (6-12 Nt) Φουρκέτα Στέλεχος (7-20 bp) Στάση της RNA pol ~1sec
Εικόνα 9.46 Οι αλληλουχίες DNA που απαιτούνται για τον τερματισμό εντοπίζονται πριν την αλληλουχία τερματισμού. Ίσως είναι αναγκαίος ο σχηματισμός μιας φουρκέτας στο RNA. Τερματιστής
mrna Κωδική περιοχή Διακιστρονική περιοχή 1-40 bp
Εσόνια Εξόνια- μεταμεταγραφικές τροποποιήσεις Α-Εικόνα 7-19
Εικόνα 24.3 Τα άκρα των πυρηνικών ιντρονίων καθορίζονται από τον κανόνα GU-AG. A Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Σχηματισμός καλύπτρας Α-Εικόνα 7-12 3 5
Λειτουργίες της καλύπτρας Μεταφορά μέσω πυρηνικών πόρων Προστασία του mrna από 5 εξωνουκλεάσες Έναρξη της μετάφρασης (πρόσδεση μεταφραστικών παραγόντων)
Δημιουργία του 3 άκρου Εικόνα 5.17 σινιάλο Poly(A) Εσ-2 Εσ-1 Εκτός mrna των ιστονών
Σχηματισμός πολυ(α) ουράς 5 CSPF CSTF PAP CF
Λειτουργίες Poly(Α) ουράς (PABs) Μεταφορά μέσω πυρηνικών πόρων Προστασία του mrna από 3 εξωνουκλεάσες Έναρξη της μετάφρασης Ρύθμιση της μετάφρασης
Μεταφορά του mrna Μεταφορά mrna
Μεταγραφή στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς
Στοιχεία που παίζουν ρόλο στην μεταγραφή
Έναρξη της μεταγραφής στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (RNA Pol. II) Α-Εικόνα 8-23 Μεταγραφικό σύμπλοκο ΤΑΤΑ
Μετάφραση Alberts et al. Κεφ. 7 (σελ. 243-259) Genes VIII, Κεφ. 9 Σελίδες: 333-337 341-346 356-358 363-365 371-376 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Γενετικός κώδικας Α-Εικόνα 7-20 α. 61 κωδικόνια με νόημα + 3 λήξης β. Κοινός εκτός ορισμένων πρωτόζωων και μιτοχονδρίων γ. Συνώνυμα κωδικόνια δ. Εκφυλισμός στην 3 η βάση
Αναγνωστικά πλαίσια Α-Εικόνα 7-21
Ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης * Κωδικόνιο τερματισμού
74-95 Nt Εικόνα 5.4 Η διάταξη σε σχήμα τριφυλλιού του trna έχει σταθερές και ημισταθερές βάσεις και μια συντηρημένη ομάδα αλληλεπιδράσεων μεταξύ ζευγών βάσεων. D: Διυδροουριδίνη D D Στέλεχος Βρόχος T:Ριβοθυμιδίνη Ψ:Ψευδοουριδίνη 3-21 Nt Βραχίονας αντικωδικονίου Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Σχηματισμός του αα-άκυλο~trna
Προ-εναρκτήριες αντιδράσεις Εικόνα 7.13 Μια αμινοακυλο-trna συνθετάση φορτώνει το trna με ένα αμινοξύ.
αα~trna συνθετάσες αα + trna αα~trna
Τα ριβοσώματα Α-Εικόνα 7-25
Τα ριβοσώματα
Έαρξη της μετάφρασης στους προκαρυωτικούς οργανισμούς Εικόνα 6.15 Ο IF-2 είναι αναγκαίος για την πρόσδεση του fmet-trna f στο σύμπλοκο 30S-mRNA. Μετά τη σύνδεση της 50S, αποδεσμεύονται όλοι οι παράγοντες IF και διασπάται το GTP. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Η 50S επάγει την υδρόλυση του GTP από τον IF-2
IF-2 Εικόνα 6.14 Το fmet-trna f μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά για την έναρξη από τις υπομονάδες 30S, ενώ τα άλλα αμινοακυλo-trna (αα-trna) μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά την επιμήκυνση από τα ριβοσώματα 70S. 5 & μη εισαγωγή στη θέση Α Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Έναρξη στα ευκαρυωτικά Εικόνα 6.18 NNNPuNNAUGG
Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς Α-Εικόνα 7-28 ElF1 ElF1
Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς Α-Εικόνα 7-28 ElF1
Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς Α-Εικόνα 7-28
Επαναλαμβανόμενες ενάρξεις Παράγοντες ρύθμισης Παράγοντες ρύθμισης
Επιμήκυνση της μετάφρασης στους προκαρυωτικούς οργανισμούς Α-Εικόνα 7-27
Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού Πεπτίδυλο μεταφοράση
Μετατόπιση E P A P A E P A E P P A P A
Λήξη της μετάφρασης Α-Εικόνα 7-30
Λήξη της μετάφρασης Α-Εικόνα 7-30 EFG-GDP
Ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων Κεφάλαιο 8, σελ.299-317 Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Όσες αντιστοιχούν στις εικόνες
Ρύθμιση της έκφρασης των προκαρυωτικών γονιδίων Genes VIII - Κεφ. 10 Σελίδες: Όσες αντιστοιχούν στις εικόνες
Εικόνα 10.2 Στον αρνητικό έλεγχο, ένας trans-δραστικός καταστολέας προσδένεται στο cisδραστικό χειριστή και σταματά τη μεταγραφή. Αρνητική ρύθμιση (Καταστολείς) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Εικόνα 10.3 Στο θετικό έλεγχο, οι trans-δραστικοί παράγοντες πρέπει να προσδεθούν στις cis-δραστικές θέσεις προκειμένου η RNA πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή από τον υποκινητή. Θετική ρύθμιση (Ενεργοποιητές) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Μεταβολισμός της λακτόζης Απέκκριση
Το οπερόνιο της λακτόζης Εικόνα 10.4 Το οπερόνιο lac καταλαμβάνει ~6.000 bp DNA. Το γονίδιο laci (αριστερά) έχει το δικό του υποκινητή (P) και τερματιστή. Το άκρο του laci βρίσκεται ακριβώς πριν τον υποκινητή των δομικών γονιδίων. Ο χειριστής (O) καταλαμβάνει τα πρώτα 26 bp της μεταγραφικής μονάδας. Το γονίδιο lacz ξεκινά από τη βάση +39. Μετά από αυτό ακολουθούν τα γονίδια lacυ και laca. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004
Καταστολή Εικόνα 10.7 Ο καταστολέας διατηρεί το οπερόνιο lac στην ανενεργή κατάσταση μέσω της πρόσδεσής του στο χειριστή. Ο καταστολέας απεικονίζεται ως μια σειρά από συνδεδεμένες επικράτειες, όπως προέκυψαν από την ανάλυση της κρυσταλλικής δομής του.
Χ Επαγωγή Εικόνα 10.8 Η προσθήκη του επαγωγέα μετατρέπει τον καταστολέα στην ανενεργή μορφή του, που δεν μπορεί να προσδεθεί στο χειριστή. Αυτό επιτρέπει στην RNA πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή.
Ρύθμιση της έκφρασης των ευκαρυωτικών γονιδίων
Ρύθμιση της έκφρασης των ευκαρυωτικών γονιδίων
Εικόνα 23.17 Η ενεργοποίηση ενός υποκινητή περιλαμβάνει αρχικά την πρόσδεση ενός ειδικού ενεργοποιητή και στη συνέχεια τη στρατολόγηση και τη δράση ενός συμπλόκου αναδιαμόρφωσης και ενός συμπλόκου ακετυλίωσης της χρωματίνης. Σύμπλοκο αναδιαμόρφωσης Σύμπλοκο ακετυλίωσης
Ενεργοποίηση της μεταγραφής TBP
Εισαγωγή στη βιοπληροφορική
Κλωνοποίηση Enzyma Αποικία Βακτήρια Πλασμιδιακό DNA
Πλασμιδιακό DNA Αλληλούχηση
Στοίχιση
Φυλογενετικά δένδρα 553 1000 945 955 1000 350 722 1000 901 1000 825 959 655 1000 1000 LmHsp20.7 LmHsp20.5 VcHsp35 LsHsp21.3 LhHsp21.4 BmHsp23.7 BmHsp20.1 BmHsp19.9 BmHsp20.8 BmHsp20.4 DmHsp26 ScHsp23 DpHsp23 DmHsp23 CcHsp23-α CcHsp23-β ScHsp25 DmHsp27 CcHsp27 Orthoptera Hymenoptera Diptera Lepidoptera Diptera
Τήξη του DNA
ή RNA Υβριδοποίηση
100.000 Μικροσυστοιχίες DNA