DNA και δομή χρωμοσωμάτων [κεφ. 6 και 8(σελ. 285-295)]

DNA και δομή χρωμοσωμάτων [κεφ. 6 και 8(σελ. 285-295)]

Μεταβίβαση γενετικής πληροφορίας

Η Γενετική πληροφορία βρίσκεται στο DNA (Λεία) (Αδρά)

Αντικείμενα του μαθήματος Διαιώνιση/ Εξέλιξη της πληροφορίας m Μεταφορά της πληροφορίας Εκτέλεση της πληροφορίας =>Κυτταρικός τύπος

Τα γονίδια αποτελούν μικρά τμήματα του DNA Γονίδίωμα = Το σύνολο του DNA του κυττάρου

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 ) 5 άκρο 5 3 3 5 5 άκρο

Σύζευξη συμπληρωματικών βάσεων Αντιπαράλληλη διάταξη αλυσίδων

Δευτεροταγής δομή του DNA

Η διπλή έλικα 10.5 bp 3,4 nm (34 A o ) o

Κυτταρικός κύκλος Chromatid C

Αντιγραφή του DNA

Σύνθεση του DNA DNA πολυμεράση 5 3 5 3 3 5

Σύνθεση του DNA

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

Εκκίνηση της αντιγραφής DNA Pol. 5 3 5 RNA εκκινητής~ 10 Nt

Εκκίνηση της αντιγραφής 3 5 5 3

RNA εκκινητές 3 5

Απομάκρυνση εκκινητών RNA DNA πολ. Ι 5 3 εξωνουκλεάση Τμήματα Okazaki (~1000 Nt) Λιγάση

Αποδιάταξη DNA

Ενζυματική μηχανή της αντιγραφής Ολισθένων σφιγκτήρας 5 3 3

Επιδιόρθωση Λάθη πολυμεράσης = 1/10 7 3 5 εξωνουκλεάση

Μεταλλάξεις Αποπουρίνωση Απαμίνωση

Μεταλλάξεις

Επιδιόρθωση μετά την αντιγραφή Λάθη = 1/10 9

Χρωματίνη και χρωμοσώματα

Χρωματίνη και Χρωμοσώματα ~ 2 m DNA ~10 μm Συμπύκνωση 200.000 X

Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές H1 165 bp

Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

Νουκλεοσώματα 147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές H1 165 bp

Ίνα 10 nm Fig. 7-29, 31

Ίνα 10 nm Fig. 7-29, 31

H1 147 bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές

Συσπείρωση νουκλεοσωμάτων Ίνα 10 nm

Συσπείρωση χρωματίνης Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

κεντρομερή Ετεροχρωματίνη τελομερή Χρωματίνη γονίδια Ευχρωματίνη Ρυθμιστικές αλληλουχίες

Μεταγραφή Κεφ. 7 (σελ. 243-259) Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: 333-337 341-346 356-358 363-365 371-376

Ροή της γενετικής πληροφορίας Αντιγραφή (Διαιώνιση/ Εξέλιξη της πληροφορίας) rrna (Μετάφραση) trna (Μετάφραση) srna (κατάλυση-ρύθμιση) mrna (Μεταφορά της πληροφορίας) Πρωτεΐνες (Εκτέλεση της πληροφορίας) [κυτταρικές δομές, κατάλυση, ρύθμιση, ανοσοαπόκριση, μεταφορά, κίνηση] κυτταρικός τύπος

Έκφραση των γονιδίων νευρώνας ηπατικό κύτταρο 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 Πιστότητα = 10 6 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Η λειτουργία της RNA πολυμεράσης είναι να μεταγράφει μια αλυσίδα δίκλωνου DNA σε RNA. RNA πολυμεράση

Κάθε γονίδιο μεταγράφεται από την μία μόνο αλυσίδα DNA

Πρωτοταγής δομή του RNA

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

RNA πολυμεράση

RNA πολυμεράση των βακτηρίων

RNA πολυμεράση των βακτηρίων 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. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

DNA + Pol DNA-Pol KB = [DNA-Pol] [DNA] [Pol]

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) Εικόνα 9.22

Έναρξη της μεταγραφής 5

Υποκινητές προκαρυωτικών γονιδίων

12 12 bp ειδικό σήμα (4 = ~17X10 6 ) Σ-9.27 Αντιπροσωπευτικές αλληλουχίες 82 84 78 65 54 45 82 84 78 65 54 45 Pu (90%) TTGACA---------17--------TATAAT----7---Pu (Ιδανικός υποκινητής) Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Πρόσδεση RNA πολυμεράσης στους υποκινητές β β (ΑΤ)n

Εικόνα 9.36 2.1 2.2 2.3 2.4 +3-9 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

ΚΕ 2.2 2.1 2.4 4.2 1.2 1.1 2.4 4.2-10 -35 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 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 5 ---GCAATCCCGAAACAGTTCGGTAGTAGTTAGAGCCGATAACGGTTTCGGGATTTTTTT---3 3 --CGTTAGGGCTTTGTCAAGCCATC ATCAATCTCGGCTATTGCCAAAGCCCTAAAAAAA--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. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Εικόνα 21.1 Ένα τυπικό γονίδιο που μεταγράφεται από την RNA πολυμεράση ΙΙ έχει έναν υποκινητή ο οποίος εκτείνεται ανοδικά από τη θέση έναρξης της μεταγραφής. Ο υποκινητής περιέχει διάφορα σύντομα (<10 bp) στοιχεία πρόσδεσης μεταγραφικών παραγόντων, διασκορπισμένα σε έκταση >200 bp. Ένας ενισχυτής φέρει πυκνότερη διάταξη στοιχείων, που επίσης αναγνωρίζονται από μεταγραφικούς παράγοντες, και μπορεί να βρίσκεται αρκετά kb μακριά. Η δομή του DNA επιτρέπει στους μεταγραφικούς παράγοντες που δεσμεύονται στον υποκινητή και σε αυτούς που δεσμεύονται στον ενισχυτή να σχηματίζουν ένα μεγάλο πρωτεϊνικό σύμπλοκο. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Έναρξη της μεταγραφής στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (RNA Pol. II)

Ποκαριωτικά-Ευκαριωτικά mrna)

Εσόνια Εξόνια- μεταμεταγραφικές τροποποιήσεις

Εικόνα 24.3 Τα άκρα των πυρηνικών ιντρονίων καθορίζονται από τον κανόνα GU-AG. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Σύνδεση εξονίων

Σχηματισμός καλύπτρας 3 5

Σχηματισμός πολυ(α) ουράς 5 CSPF CSTF CF PAP

Λειτουργίες της καλύπτρας και Πολύ(Α) ουράς Μεταφορά μέσω πυρηνικών πόρων Προστασία του mrna από 5 εξωνουκλεάσες Έναρξη της μετάφρασης

Μεταφορά του mrna Μεταφορά mrna

Εικόνα 5.13 Επισκόπηση: Το mrna μεταγράφεται, μεταφράζεται και αποικοδομείται ταυτόχρονα στα βακτήρια. Μεταγραφή:~40 Nt/sec Μετάφραση:~15 αα/sec mrna:5000 Nt t 1/2 ~ 2 min

Εικόνα 5.17 Επισκόπηση: Η έκφραση του mrna σε ζωικά κύτταρα απαιτεί μεταγραφή, τροποποίηση, επεξεργασία, πυρηνο-κυτταροπλασματική μεταφορά και μετάφραση. ~40 Nt/sec Εσ-2 Εσ-1 Ζυμομύκητες: t1/2~ 1-60 min Ανώτεροι:t1/2 ~ 1-24 h ~2 αα/sec

Μετάφραση Κεφάλαιο 7, σελ.259-272 Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Όσες αντιστοιχούν στις εικόνες

Μετάφραση Κεφάλαιο 7, σελ.259-272 Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Οσες αντιστοιχούν στις εικόνες

Γενετικός κώδικας 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

Αναγνωστικά πλαίσια

trnas

Εικόνα 5.4 Η διάταξη σε σχήμα τριφυλλιού του trna έχει σταθερές και ημισταθερές βάσεις και μια συντηρημένη ομάδα αλληλεπιδράσεων μεταξύ ζευγών βάσεων. 74-95 Nt D: Διυδροουριδίνη D D Στέλεχος Βρόχος T:Ριβοθυμιδίνη Ψ:Ψευδοουριδίνη 3-21 Nt Βραχίονας αντικωδικονίου Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Σχηματισμός του αα~trna

Προ-εναρκτήριες αντιδράσεις Εικόνα 7.13 Μια αμινοακυλο-trna συνθετάση φορτώνει το trna με ένα αμινοξύ.

αα~trna

ATP

αα~trna συνθετάσες

Ο αριθμός των trna > του αριθμού των αμινοξέων 20 ομάδες ισοδεκτικών (ομότυπων) trna [trna1-cys, trna2-cys] Τα ομότυπα trna προσδένουν το ίδιο αα και προσδένονται σε συνώνυμα κωδικόνια Ο αριθμός των trna < του αριθμού των κωδικονίων Το ίδιο trna (αντικωδικόνιο) προσδένεται σε περισσότερα από ένα συνώνυμα κωδικόνια

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Υπόθεση ταλάντευσης: Η ταλάντευση στο ζευγάρωμα βάσεων επιτρέπει το σχηματισμό ζευγών G-U μεταξύ της τρίτης βάσης του κωδικονίου και της πρώτης βάσης του αντικωδικονίου.

Υπόθεση ταλάντευσης 3 5 3 2 1 5 3 1 2 3 Εικόνα 7.5 Το ζευγάρωμα κωδικονίου-αντικωδικονίου περιλαμβάνει ταλάντευση στην τρίτη θέση. I A, U, C Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Τα ριβοσώματα

Τα ριβοσώματα

Μετάφραση στα βακτήρια AUG (1)

Εικόνα 6.16 Οι θέσεις πρόσδεσης του ριβοσώματος στο mrna μπορούν να απομονωθούν από σύμπλοκα έναρξης. Οι θέσεις πρόσδεσης περιλαμβάνουν μια ανοδική αλληλουχία Shine-Dalgarno και ένα κωδικόνιο έναρξης. 16S RNA 5 35-40 Nt AGGAGGNNN UCCUCCNNN 5 ---AGGAGG-----AUG------------- 3 8 Nt IF3? 16S RNA 5 AGGAGGNNN mrna 5 ---AGGAGG-----AUG--------------- UCCUCCNNN 3

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. Η 50S επάγει την υδρόλυση του GTP από τον IF-2 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

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

Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

Έαρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

Επιμήκυνση της μετάφρασης

Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού Πεπτίδυλο μεταφοράση

Μετατόπιση E P A

Έναρξη της μετάφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς

Λήξη της μετάφρασης

Λήξη της μετάφρασης

Ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων Κεφάλαιο 8, σελ.299-317 Genes VIII Κεφ. 9 Σελίδες: Όσες αντιστοιχούν στις εικόνες

Μεταγραφικοί παράγοντες [Καταστολείς (-) (αρνητικός έλεγχος)] [Ενεργοποιητές (+) (θετικός έλεγχος) Ρυθμιστικά στοιχεία. Αλληλουχίες στις οποίες προσδένονται οι μεταγραφικοί παράγοντες Μικρομόρια που προσδένονται στους μεταγραφικούς παράγοντες και επάγουν τη μεταγραφή (επαγωγείς) ή καταστέλουν τη μεταγραφή (συγκαταστολείς) Γονίδιο στόχος Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Ρύθμιση της έκφρασης των προκρυωρικών γονιδίων Υποκινητής Χειριστής

Το οπερόνιο της θρυπτοφάνης

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.

Επαγωγή Χ 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 από εναλακτικούς παράγοντες σ

Ενεργοποιητής Εικόνα 23.6 Ένα σύμπλοκο αναδιαμόρφωσης προσδένεται στη χρωματίνη μέσω ενός ενεργοποιητή ή ενός καταστολέα. Συνενεργοποιητής/ Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

Κλωνοποίηση Αποικία Βακτήρια Πλασμιδιακό DNA

Πλασμιδιακό DNA Αλληλούχηση

Στοίχηση

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