Biologia Molekularna: Zasady i Genomy

Biologia molekularna

• To interdyscyplinarna dziedzina nauki
• Zajmuje się wyjaśnianiem zjawisk biologicznych
• Poprzez ustalanie budowy i funkcji cząsteczek
• Wchodzących w skład organizmów żywych
• Głównie bada DNA, RNA i białka

Genom

• To ogół materiału genetycznego w komórce lub wirusach
• Niosącego informację genetyczną w postaci kwasów nukleinowych
• Paproć Tmesipteris truncata ma największy znany genom
• Grzyb Encephalitozoon intestinalis ma najmniejszy znany genom

Rodzaje DNA

• mtDNA – mitochondrialne DNA
• nDNA – jądrowe DNA
• cpDNA – chloroplastowe DNA

Porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych

• Nie podano szczegółów porównania

Nowe organellum – eksluzosomy

• Zawiera DNA pozachromosomalne
• Na zewnątrz jądra komórkowego ssaków

Elementy budujące kwasy nukleinowe

• Zasady azotowe:
  • Puryny (dwa pierścienie): adenina, guanina
  • Pirymidyny (jeden pierścień): cytozyna, tymina, uracyl
• Pentozy (cukry):
  • β-D-ryboza (RNA)
  • β-D-2-deoksyryboza (DNA)

Genom bakteryjny a eukariotyczny

• Bakterie nie posiadają intronów (niekodujących sekwencji)
• Introny obecne są w eukariontach

Zmienność genetyczna

• Naturalne różnice w sekwencji DNA między osobnikami
• Genotyp - indywidualna sekwencja DNA
• Polimorfizmy DNA to wynik mutacji i błędów w rekombinacji. Mogą być pojedyncze nukleotydy (SNP) lub dłuższe sekwencje (np. mikrosatelitarne).

Epigenetyka

• Wpływ czynników środowiskowych na ekspresję genów
• Wpływają na ekspresję genów, ale nie zmieniają sekwencji DNA

Nowe biocząsteczki – glikoRNA

• Glikozylowane cząsteczki RNA
• Występują na powierzchni komórek w chorobach autoimmunologicznych

Long noncoding RNA (IncRNA)

• 2% całości RNA
• Funkcja w regulacji ekspresji genów np. w rozwoju nowotworów
• Mogą działać w 3 sposoby

Farmakogeny

• Geny odpowiedzialne za metabolizm leków

Regulacja procesów replikacji DNA i RNA (SARS-CoV-2), naprawa DNA

• Replikacja DNA zachodzi w fazie S cyklu komórkowego.
• Mechanizm replikacji DNA u eukariontów jest semikonserwatywny.
• Wyróżniamy trzy fazy replikacji: aktywacja, elongacja, terminacja.
• Replikacja DNA opiera się na dwóch niciach: wiodącej i opóźnionej
• Inne białka biorące udział w replikacji np. Helikaza, Topoizomeraza
• Polimerazy DNA różnią się w zależności od organizmu (prokarioty/eukarioty)
• Naprawa pęknięć dwuniciowych DNA odbywa się przez rekombinację homologiczna (HR) lub system łączenia końców niehomologicznych (NHEJ)
• Naprawa pęknięć jednoniciowych DNA zachodzi przez wycinanie i resyntezę (BER, NER, MMR)

Naprawa DNA przez wycinanie i resyntezę (BER i NER)

• Dwa mechanizmy naprawy uszkodzeń DNA
• Ustalenie uszkodzonej zasady, jej usunięcie, naprawa dobudowania nowych zasad

Regulacja molekularna replikacji u SarsCov-2

• Wirusy dzielą się na osłonkowe i bezosłonkowe
• Wirusy ssDNA – bez osłonek; parwowirusy, HPV-B19
• Wirusy dsDNA – bez osłonek; wirusy brodawczaków człowieka HPV-16, adenowirusy Adv12
• Wirusy ssRNA – wirusy; wirus grypy, wirus wścieklizny.
• Wirusy +ssRNA
• Wirusy dsRNA - bez osłonek; rotawirusy

Replikacja RNA u wirusów

• Białka niestrukturalne są zlokalizowane w ORF 1a i ORF 1b
• Istnieją białka uczestniczące w replikacji wirusów, tj. Polimeraza, Proteaza Mpro.
• Genom wirusa SarsCov-2 to RNA

Markery białkowe polimorfizmu – immunodetekcja

• Białka mogą występować w 4 formach: 1-rzędowa, 2-rzędowa, 3-rzędowa i 4-rzędowa
• Markery genetyczne to cząsteczki molekularne warunkujące łatwe do zidentyfikowania cechy.
• Markery białkowe są kodowane przez jeden lub więcej genów

Markery izoenzymatyczne

• Różnią się budową aminokwasową
• Katalizują te same reakcje biochemiczne
• Wyróżnia się je poprzez stężenie ich, rozróżniane na prążki na żelu

Główne antygeny Sars-Cov-2

• Białko nukleokapsydu NCP
• Białko kolca (spike) – wysoka swoistość, wiąże receptor ACE2

Metody immunodetekcji

• Diagnostyka molekularna i analiza polimorfizmów

Homestaza

• Utrzymywanie stałości warunków w komórkach organizmu
• Reakcje metaboliczne
• Enzymy, które potrzebują ATP do działania: kinazy białkowe, P3, itp.
• Procesy energochłonne: transport aktywny, podziały komórkowe

Bakteriofagi

• Lityczne: zbudowane z główki, ogona, nóżek, cząsteczki RNA i receptora
• Lizogeniczne: integrują swój genom do chromosomu bakterii

Układ hormonalno-enzymatyczny RAAS

• Wirus Sars-Cov-2 ma RNA otoczone otoczką
• Geny białek strukturalnych, białko kolca, białko błonowe, białko nukleokapsydu
• Podjednostka S1 i S2 w białku kolca

Typy szczepionek

• Żywe, atenuowane
• Zabite chemicznie lub termicznie
• Podjednostkowe (z białek, peptydów lub materiału genetycznego)
• Z adiuwantów (metale ciężkie dla wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej)

Markery jądrowe i organellowe DNA

• Marker molekularny to wyróżniony fragment DNA lub białek
• Markery z wysoką frekwencją w genomie, łatwe do wykrycia, zapewniają naturalną selekcję i prostą metodę wykrywania
• Izolacja DNA, reakcja PCR, genotypowanie w sekwenatorze, odczyt i interpretacja profili genetycznych
• Metody: magnetyczna, elektroforeza

Quiz dotyczący biologii molekularnej, koncentrujący się na budowie i funkcjach DNA, RNA oraz białek. Obejmuje też zagadnienia związane z genomami organizmów oraz różnicami między komórkami prokariotycznymi a eukariotycznymi. Sprawdź swoją wiedzę na temat struktury kwasów nukleinowych oraz eksluzosomów.