Budowa Jądra Komórkowego PDF

REPLIKACJA BUDOWA JĄDRA KOMÓRKOWEGO miejsce przechowywanie materiału genetycznego jąderko utworzone przez fragmenty chromosomów 13, 14, 15, 21, 22 zawierających tzw. region organizacji jąderka (NOR) nieobłoniona struktura miejsce wytwarzania rybosomów i magazynow...

REPLIKACJA BUDOWA JĄDRA KOMÓRKOWEGO miejsce przechowywanie materiału genetycznego jąderko utworzone przez fragmenty chromosomów 13, 14, 15, 21, 22 zawierających tzw. region organizacji jąderka (NOR) nieobłoniona struktura miejsce wytwarzania rybosomów i magazynowania białek koniecznych do produkcji rRNA regiony NOR są fragmentami DNA obejmującymi geny kodujące podjednostki rRNA, a ich zgromadznie w jednym miejscu ułatwia i przyspiesza proces wytwarzania rybosomów gromadzone są białka: polimeraza RNA, nukleolina, fibrylaryna, telomeraza ośrodek włóknisty - zlokalizowane są w nich geny kodujące rRNA gęsty składnik włóknisty - utworzony z włókien gęsto upakowany w pasma otacza ośrodki włókniste składnik ziarnisty - tworzą go ziarna w postaci pól wymieszanych z gęstym składnikiem włóknistym wakuole jąderkowe chromatyna związana z jąderkiem macierz jądrowa: ○ sieć włókien białkowych tworzących wewnętrzny szkielet jądra komórkwego ○ ok. 98% macierzy stanowią białka, reszta to kwasy nukleinowe i fosfolipidy białka niehistonowe → funkcja regulatorowa, stabilizująca w chromosomach laminy ○ główne białka macierzy, uczestniczą w organizacji struktury chromatyny, biorą udział w rozproszeniu i budowie otoczki jądrowej w czasie podziału mitotycznego ○ trudno rozpuszczalne polipeptydy nielaminowe białka zgrupowane z RNA nukleoplazma (kariolimfa) koloidowy płyn w którym są zawieszone kwasy nukleinowe zawiera wodę, białka i sub. drobnocząsteczkowe płyn o dużej lepkości pory jądrowe  umożliwiają transport sub. do jądra(białka, nukleotydy) lub do cytoplazmy(mRNA, tRNA, podjednostki rybosomów) niewielkie struktury w otoczce jądrowej zawierające białka tworzące cylindryczny kompleks porowy, składający się z dwóch pierścieni - zewnętrznego pierścienia cytoplazmatycznego i wewnętrznego pierścienia jądrowego wewnątrz jądra jest koszyczek jądrowy zbudowany z nukleoporyny, których filamenty wchodzą w interakcję z chromatyną i aparatem transkrypcyjnym OTOCZKA JĄDROWA para koncentrycznych błon, które otaczają jądro posiada na powierzchni rybosomy i w sposób ciągły przechodzi w RER BLASZKA JĄDROWA siateczka białkowa polimerów laminy, która wzmacnia i stabilizuje otoczkę jądrową CHROMATYNA ➔ kompleks jądrowego DNA, białek histonowych i niehistonowych, w postaci upakowanej ➔ wyróżnia się: euchromatynę - luźno upakowane włókna, zawiera geny, aktywna genetycznie, podczas odczytywanie info ulega dodatkowemu rozluźnieniu heterochtomatynę - ścieśle upakowane włókna, nieaktywna genetycznie, zawiera głównie pozagenowy DNA; zwykle wokół regionu centromeru i w telomerach ➔ konstruktywna ○ heterochromatyna z bardzo ciasno upakowanych DNA ○ nie bierze udziału w transkrypcji ○ występuje głównie w centrosomie, telomerze i przy końcach chromosomów ➔ fakultatywna ○ euchromatyna ○ genetycznie aktywna przy danej specjalizacji komórek, pozostałe stłumione  występują w niej geny kodujące mogące być aktywowane ○ przy innej specjalizacji komórek ➔ euchromatyna ○ rozluźniona forma chromatyny ○ może ulegac dekondensacji ○ potrzebna do procesu transkrypcji STRUKTURA DNA (KWAS DEOKSYRYBONUKLEINOWY) DNA przenosi dziedziczną informację komórki J. Watson i F. Crick w 1953 roku opracowali model prawoskrętnej dwuniciowej helisy DNA skład: 2 długie łańcuchy polinukleotydowe 4 typy nukleotydowych podjednostek: adenina, cytozyna, guanina i tymina reszta fosforanowa (V) pięciowęglowy cukier (deoksyryboza) wiązania: w. wodorowe ★ oddziaływanie elektrostatyczne między atomem wodoru i atomem silnie elektroujemnym (N,O,F) ★ łańcuchy DNA są utrzymywane razem przez wiązania wodorowe pomiędzy komplementarnymi parami zasad azotowych w. n-glikozydowe ★ rodzaj wiązania glikozydowego pomiędzy anomerycznym atomem węgla cząsteczki cukru, a atomem azotu ★ wiązanie to pozbawia cząsteczkę cukru właściwości redukujących ★ jest odporne na hydrolizę w warunkach zasadowych  ★ w cząsteczkach pochodzenia naturalnego występuje w konfiguracji beta (czyli jest skierowane "do góry" od atomu węgla) w. 3,5-fosfodiestrowe ★ występuje w kwasach nukleinowych ★ łączy kolejne nukleotydy poprzez połączenie z grupą fosforanową 5 atomu węgla jednego nukleotydu z 3 atomem węgla drugiego nukleotydu (DNA) ★ enzym przecinające te wiązania to nukleaza wiązania fosfodiestrowe łączą cukier z następnym, a różnice chemiczne w wiązaniach estrowych - między węglem 5’ jednego cukru a węglem 3’ następnego - nadają polarność nici DNA nukleozyd to połączenie zasady azotowej z cząsteczką cukru, a nukleotyd to nukleozyd połączony z resztą fosforanową (V) wiazaniem estrowym dwa łańcuchy w DNA biegną antyrównolegle (mają przeciwstawną chemiczną polarność) na jednym końcu łańcucha jest wgłębienie, więc jest tam grupa 3’-hydroksylowa, a na drugim końcu kulka, czyli grupa 5’- fosforanowa zasady ulokowane wewnątrz, a rdzenie cukrowo-fosforanowe na zewnątrz A=T, C≡G tworzą parę puryna-pirymidyna  nici DNA są wzajemnie komplementarne, czyli skład nukleodydów w jednym łańcuchu wyznacza skład w drugim, więc ilość A=T, a ilość C=G → reguła Chargaffa organizmy różnią się od siebie, bo ich nici DNA mają inne sekwencje nukleotydów, a więc zawierają różne informacje biologiczne KONIEC 3' ○ nukleotyd skrajny, jak i ostatni ○ występująca przy nim grupa -OH jest wolna ○ posiada 3'UTR - czyli region 3’ niepodlagający translacji ○ Mutacje w 3′UTR mogą powodować choroby genetyczne mutacja punktowa sygnału do poliadenylacji w genie kodującym β-globinę = talasemię mutacja dynamiczna, polegająca na ekspansji sekwencji trzech nukleotydów CUG położonej w 3′UTR genu DMPK = dystrofię miotoniczną typu 1 KONIEC 5' ○ jedne z końców nici DNA (również RNA) ○ posiada 5'UTR - czyli region 5' niepodlegający translacji w tym obszarze bakterie zawierają sekwencje wpływające na ekspresję genów, u bakterii rą to ryboprzełączniki STRUKTURA CHROMOSOMÓW EUKARIOTYCZNYCH chromosomy to upakowane dwuniciowe cząsteczki DNA, najbardziej skondensowana forma chromatyny, najwyższy stopień kondensacji osiągają w metafazie chromosomy interfazowe → chromosmy w formie rozluźnionej chromosomy mitotyczne → chromosomy mocno skondensowane umożliwiają prawidłowe rodzielenie materiału genetycznego między dwie komórki podczas podziału  chromosom składa się z jednej, ziezmiernie długiej cząsteczki DNA związanej z białkami, które zwijają i pakują cienką nić DNA w bardziej skondensowaną strukturę chromatyna to kompleks DNA i białek plemniki, komórki jajowe mają jedną kopię każdego chromosomu, natomiast każda inna komórka dwie kopie: jedna po matce, druga po ojcu chromosomy homologiczne - wersje tego samego chromosomu para chromosomów niehomologicznych to chromosomy płciowe u facetów, gdzie ch.Y odziedziczony jest po ojcu, a X po matce człowiek ma 46 chromosomów, 22 pary autosomów i 1 para chromosomów płci CHROMOSOM - BUDOWA chromatyda - upakowana chromatyna zawierająca jedną cząsteczkę DNA; dwie chromatydy centromer - przewężenie chromosmu, które dzieli chromatydy na ramiona, zawiera miejsca przyczepu włókien wrzeciona mitotycznego - kinetochory dodatkowe przewężenie - miejsca, z których po podziale komórki powstaje jąderko, są tylko w chromosomach jąderkotwórczych satelity (trabant) - drobniejsze fragmenty chromatyd, za dodatkowymi przewężeniami telomer - końcowy odcinek chromatydy CYKL KOMÓRKOWY podczas interfazy dochodzi do ekspresji wielu genów i w tej częsci chromosomy zostają podwojone po zakończeniu replikacji DNA komórka wchodzi w fazę M (mitozy), gdzie chormosomy ulegają kondensacji, zostaje zahamowana ekspresja genów, otoczka jądrowa rozpada się, a z mikrotubul i innych białek tworzy się wrzeciono kariokinetyczne, które umożliwia rozdzielenie chromosomów do dwóch biegunów komórki odtwarza się otoczka jądrowa i pod koniec fazy M komórka dzieli się, dając 2 komórki potomne  G1 ○ intensywna synteza białek, cyklin A, D, E i RNA ○ intensywny wzrost ○ procesy anaboliczne (odbudowa organelli komórkowych) ○ najdłuższa faza ok 8h S ○ replikacja DNA ○ synteza histonów ○ duplikacja centrosomu ○ zwiększenie masy i objętości komórki G2 ○ synteza białek wrzeciona podziałowego ○ białek niehistonowych, składników błony komórkowej ○ podział mitochondriów ○ synteza cykliny B M ○ mitoza i cytokineza ○ najkrótsza faza ok. 45 min G0 ○ faza spoczynku ○ komórka nie dzieli się, wykonuje jedynie swoje funkcje GEN fragment DNA zawierający instrukcje do wytworzenia określonego białka lub cząsteczki RNA geny zawierają również dużą liczbę rozproszonych, niekodujących sekwencji DNA podstawowa jednostka dziedziczności u eukariotów występują geny nieciągłe, które zawierają eksony i introny (części strukturalne) są otoczone częsciami regulatorowymi genu, które biora udział w regulowaniu odczytywania informacji genetycznej (promotor, terminator)  introny i częsci regulatorowe genu to sekwencje niekodujące genu GENOM kompletna informacja genetyczna komórki lub organizmu, zawarta w DNA składa się z genów i odcinków DNA między genami, czyli pozagenowego DNA (sekwencje powtarzalne, pseudogeny, pozostałe sekwencje) HISTONY białka z dużą iloscią dodatnio naładowanych aminikwasów (lizyny i argininy), co pomaga histonom w ścisłym wiązaniu się z ujemnie naładowanym cukrowo-fosforanowym szkieletem DNA są bogate w aminokwasy zasadowe wyróżniamy również białka niehistonowe, które uczestniczą w replikacji i naprawie DNA, a także regulacji funkcji genów; zawierają duże ilości aminokwasów kwaśnych NUKLEAZY enzymy, które tną DNA przez zrywanie wiązań fosfodiestrowych między nukleotydami degradują starter RNA NUKLEOSOM podstawowy poziom upakowania chromatyny odcinek DNA nawinięty na cztery pary białek histonowych do każdego przyłączony jest histon łącznikowy H1, który działa jak klamra, zapobiegając rozpadnięciu się nukleosomu UPAKOWANIE DNA W JĄDRZE KOMÓRKOWYM  1. DNA występuje w postaci podwójnej helisy 2. DNA jest połączony z białkami histonowymi w nukleosomy; każdy nukelosom zawiera osiem białek(oktamer histonowy): H2A, H2B, H3, H4 (x2) wokół których owinięty jest DNA 3. nukleosomy łączą się ze sobą, dzięki histonom H1 i innym białkom, towrząc włókno 30-nm (solenoid) 4. włókna układają się w przestrzeni, tworząc pętle 300 nm 5. pętle rozwijają się spiralnie i upakowują, 700nm 6. ciasne zwinięcie włókien powoduje wyodrębnienie się chromosomów, 1400 nm KARIOTYP kompletny zestaw chromosomów komórki somatycznej organizmu jest cechą charakterystyczną dla osobników tego samego gatunku, tej samej płci oraz dotkniętych tymi samymi aberracjami chromosomowymi wyróżnia się autosomy oraz chromosomy płci KOD GENETYCZNY sposób w jaki w DNA jest zapisana informacja genetyczna cechy KG: trójkowy - trzy kolejne nukleotydy (kodon) są zapisem jednego aminokwasu w łańcuchu polipeptydowym jednoznaczny - zdeterminowany; kodon wyznacza jeden i ten sam aminokwas bezprzecinkowy - między kolejnymi kodonami nie ma wolnych miejsc lub nukletydów, które nie byłyby odczytywane  zdegenerowany - wieloznaczny; jeden aminokwas może kodowac kilka różnych kodonów niezachodzący - kodony nie nakładają się na siebie, żaden nukelotyd kodonu nie wchodzi w skład kolejnego kodonu uniwersalny - te same kodony wyznaczają te same aminokwasy u różnych organizmów KOMPLEKS REMODELUJĄCY CHROMATYNĘ zmieniają miejscowo ułożenie DNA owiniętego wokół nukleosomów wykorzystują energię pochodzącą z hydrolizy ATP do rozluźnienia nukleosomowego DNA i wypchnięcia go z oktameru histonowego kompleks może eksponować lub ukrywać w ten sposób DNA, kontrolując jego dostępność dla innych białek wiążących DNA ENZYM MODYFIKUJĄCY HISTONY enzymy umożliwiające sposób zmainy struktury chromatyny, który polega na odwracalnej chemicznej modyfikacji histonów miejsce poddawane modyfikacjom to ogony wszystkich czterech histonów rdzeniowych umożliwia usunięcie lub dodanie grup acetylowych, fosforanowych, metylowych INAKTYWACJA CHROMOSOMU X komórki żeńskie zawierają 2 chromosomy X, męskie jeden X i jeden Y podwójna dawka produktów chromosomu X byłaby letalna, dlatego u samic w toku ewolucji powstał mechanizm trwałej inaktywacji jedengo z chromosomów X (ciałko Barra), który ulega kondensacji w heterochromatynę po każdym podziale ten sam chromosom pozostaje skondensowany we wszystkich potomnych komórkach, powstałych z komórki wyjściowej MITOCHONDRIALNY DNA  zawiera geny kodujące białka i RNA związany z metabolizmem mitochondrialnym niekóre enzymy mitochondrialne muszą być produkowane w macierzy mitochondrialnej ze względu na 2 błony replikowany przez specjalną polimerazę cechującą się wysoką częstością błedów efektem jest duża liczba mutacji mtDNA i obecność wielu różnych kopii DNA w jednym mitochondrium w trakcie milionów lat symbiozy większa część genomu mitochondrialnego uległa transferowi do DNA gospodarza i została z nim zintegrowana, dzięki czemu białak te są obecnie kodowane przez DNA jądrowe mtDNA jest dziedziczony wyłącznie z komórki jajowej (matczyne) wykorzystuje się mtDNA do badań archeologicznych czy kryminalistyce ★ struktura ------------ nicie liniowe - chromosomy --------- nić kołowa ★ pochodzenie ------- połowa od matki, połowa od ojca ------------------ matczyne TYPY SEKWENCJI W DNA REPLIKACJA DNA zachodzi przed podziałem komórki DNA zawarty w komórce jest powielany i ulega podwojeniu w fazie S cyklu komórkowego jest półzachowawcza (semikonserwatywna), czyli prowadzi do powstania 2 identycznych cząsteczek DNA, w której skład każdej wchodzi jedna nić stara, pochodząca z nici macierzystej, i jedna nowa nić MUTACJE trwałe, losowe zmiany w DNA spowodowane błędami podczas kopiowania i przez przypadkowe zniszczenia mogą być korzystne i niekorzystne, np. nadawać bakteriom odporność na antybiotyki powodują rozdzielenie jednego gatunku od drugiego PRZEBIEG REPLIKACJI etap I → początek (inicjacja); rozplecenie małego fragmentu podwójnej helisy DNA  etap II→ wydłużanie (elongacja); dalsze rozplatanie DNA i kopiowanie jego łańcuchów etap III → zakończenie (terminacja); odłączenie białek biorących udział w replikacji 1. helikaza rozwija podwójną helisę 2. topoziomeraza zapobiega superskrętom helisy 3. powstaje starter, czyli krótki odcinek RNA komplementarny do matrycowej nici DNA; na nici wiodącej wbudowanie zachodzi tylko raz, natomiast przy opóźnionej powtarza się przy tworzeniu każdego nowego fragmentu Okazaki 4. polimeraza DNA przyłącza nowe nukleotydy do nici matrycowej 5. po przejściu polimerazy wzdłuż całego replikowanego odcinka DNA następuje wycinanie starterów i uzupełnianie powstałych przerw odpowiednimi nukleotydami DNA 6. ligaza łączy fragmenty Okazaki w ciągłą nić MIEJSCE POCZĄTKU REPLIKACJI jest to miejsce, w kótrym rozpoczyna się replikacja DNA chromosmy eukariotyczne mają wiele takich miejsc, dzięki czemu długie cząsteczki DNA mogą szybko ulec replikacji wiążą się z nimi białka inicjujące i oddzielają w tych miejscach od siebie dwie nici DNA, zrywając w. wodorowe między zasadami następnie przyłączają się do nich liczne inne białka odpowiedzialne za przeprowadzenie samej replikacji; tworzą aparat replikacyjny WIDEŁKI REPLIKACYJNE boki oczka replikacyjnego (struktura powstała w wyniku rozplecenia DNA) w kształcie litery Y  w każdym miejscu początku replikacji tworzy się dwoje widełek replikacyjnych, które wraz z postępem replikacji sukcesywnie rozchodzą się w przeciwnych kierunkach umożliwiają replikację dwukierunkową POLIMERAZA DNA enzym katalizujący dodawanie nukleotydów do końca 3’ budowanej nici DNA, wykorzystując jedną z wyjściowych nici jako matryce, rozpoczynając od startera, czyli krótkiego odcinka RNA, za którego wytworzenie odpowiada enzym prymaza (polimeraza RNA), która wykorzystuje trifosforany rubonukleozydów obejmuje tworzenie wiązania fosfodiestrowego między końcem 3’ powstającego łańcucha DNA a grupą fosforanową 5’ dobudowywanego nukleotydu (w postaci trifosforanu deoksyrybonukleozydu) energia do przyłączania nowych nukleotydów pochodzi z rozpadu wiązań fosforanowych występujących w dołączanych wolnych nukleotydach energia niezbędna do reakcji polimeryzacji pochodzi z hydrolizy wiązania fosforanowego o wysokiej energii, które znajduje się w cząsteczce przyłączanego trifosforanu nukleozydu; prowadzi to do uwolnienia pirofosforanu, który następnie ulega hydrolizie do dwóch cząsteczek fosforanu nieorganicznego przesuwa się wzdłuż nici DNA dobudowywując kolejne nukleotydy w kierunku od 5’ do 3’ HELIKAZA rozrywa wiązania wodorowe łączące obie nici DNA, dzięki czemu podwójna helisa rozplata się po obu stronach oczka NIĆ WIODĄCA nić DNA, która jest syntezowana w sposób ciągły ku rozwierającym się widełkom replikacyjnym przez polimerazę w kiedunku 3’ NIĆ OPÓŹNIONA nić DNA, której synteza odbywa się w kierunku przeciwnym do kierunku przesuwania się widełek replikacyjnych jest syntezowana z wielu kolejnych miejsc startu, więc ma wiele starterów powstaje z połączenia krótkich odcinków - fragmentów Okazaki - za których łączenie odpowiada ligaza, która używa cząsteczki ATP, aby połączyć wiązaniem grupę fosforanową na końcu 5’ jednego fragmentu z grupą hydroksylową na końcu 3’ drugiego fragmentu KOREKCJA BŁĘDÓW PRZEZ POLIMERAZĘ DNA może korygować swoje błedy podczas replikacji posiada oddzielne miejsca katalityczne dla syntezy DNA i korekty DNA jesli przypadkowo do wydłużanej nici został dodany nieprawidłowy nukleotyd, polimeraza DNA wycina go z nici i zastępuje właściwym zanim przesunie się na kolejną pozycję TELOMERAZA enzym, który dobudowywuje nukleotydy DNA do końca matrycy nici opóźnionej dzięki jej działaniu na końcach chromosomów powstają sekwencje telomerowe (telomery) telomerazę aktywną naturalnie mają tylko komórki linii płciowej, inne mają ją nieakatywną, więc w miarę kolejnych podziałów dochodzi do skracania telomerów, co prowadzi do śmierci komórki, starzenia się komórki nowotworowe w warunkach naturalnych stają się nieśmiertelne TELOMERY zaznaczają końce chromosomów zawierają powtorzone sekwencje nukleotydowe, dzięki którym końce chromosomów mogą ulec pełnej replikacji zabezpieczają końce chromosomów przed pomyłkowym potraktowaniem ich przez komórki jako zerwanej cząsteczki DNA, która wymaga naprawy skracanie telomerów jest związane ze starzeniem się organizów APARAT REPLIKACYJNY polimerazy DNA są przytrzymywane na matrycach nici wiodącej i opóźnionej przez obręcze białkowe, które pozwalają na przesuwanie się polimeraz. Na matrycy nici opóźnionej obręcz odłącza się, ilekroć polimeraza kończy syntezę fragmentu Okazaki. Za każdym razem, gdy rozpoczyna się synteza nowego fragmentu Okazaki, do przyłączenia obręczy potrzebna jest ładowarka obręczy. Na przodzie widełek helikaza DNA rozplata nici wyjściowej helisy DNA. Białka wiążące jednoniciowy DNA utrzymują oddzielnie obie nici DNA, umożliwiając w ten sposób dostęp prymazie i polimerazie. NAPRAWA DNA: RODZAJE USZKODZEŃ DNA ★ depurynacja - usuwa zasady purynowe z nukleotydów ★ deaminacja - utrata grupy aminowej z cytozyny w DNA, która zmienia ją w uracyl ★ oba te uszkodzenia nie przerywają szkieletu cukrowo-fosforanowego ★ promieniowanie UV powoduje powstawanie kowalencyjnych wiązań między dwiema sąsiadującymi zasadami pirymidynowymi, tworząc np. dimery tymidynowe(łączenie się przyległych tymin), co powoduje skórę pergaminową ★ nienaprawione chemiczne modyfikacje nukleotydów mogą prowadzić do mutacji deaminacja cytozyny → powstaje uracyl, który tworzy parę z adeniną, więc aparat replikacyjny wstawia adeninę , gdy napotka uracyl w nici matrycowej depurynacja → całkowita utrata jednej pary nukleotydów; wstawienie nieprawidłowego nukleotydu naprzeciw brakującej zasady, co też prowadzi do mutacji MECHANIZMY NAPRAWY DNA ★ Istota mechanizmu naprawy DNA obejmuje trzy etapy:  1. (wycięcie) uszkodzenie jest wycinane przez jedną z kilku nukleaz, z których każda specjalizuje się w pewnym typie uszkodzeń DNA 2. (resynteza) wyjściowa sekwencja DNA jest odtwarzana przez naprawczą polimerazę DNA, która wypełnia przerwę powstałą w wyniku wycięcia. 3. (ligacja) ligaza DNA łączy przerwę w szkielecie cukrowa-fosforanowym naprawionej nici. Odtwarzane jest w ten sposób wiązanie fosfodiestrowe pomiędzy przyległymi nukleotydami SYSTEM NAPRAWY ŹLE DOPASOWANYCH PAR ZASAD ★ odpowiada za korektę źle dopasowanych par zasad ★ koryguje 99% takich błedów ★ pozostawiona bez korekty prowadzi do trwałej mutacji w kolejnych rundach replikacji DNA ★ wykrywa niedopasowanie, usuwa fragment nici DNA zawierającej błąd i ponownie syntetyzuje brakujący fragment  ★ rozpoznaje jedynie nowo powstałą nić DNA i usuwa jej fragment, błedy powstałe podczas replikacji i odtwarza wyjściową sekwencję DNA ★ umożliwia zapobieganie nowotworom NAPRAWA PĘKNIĘĆ DWUNICIOWYCH ★ W niehomologicznym łączeniu końców pęknięcie jest najpierw „oczyszczane" z użyciem nukleazy, która usuwa pęknięte końce i tworzy końce tępe, łączone następnie ze sobą przez ligazę DNA. Polega na pośpiesznym łączeniu ze sobą dwóch pękniętych końców, zanim fragmenty chromosomów oddalą się od siebiei ich ponowne połączenie będzie niemożliwe. Podczas takiej naprawy czasami dochodzi do utraty niektórych nukleotydów (pokazane jako czarne linie w naprawionym DNA). ★ Jeśli do dwuniciowego pęknięcia nici dochodzi w jednej z dwóch powstałych w wyniku replikacji helis DNA, jeszcze przed ich rozejściem się, nieuszkodzona dwuniciowa helisa może być użyta jako matryca do naprawy helisy uszkodzonej na drodze rekombinacji homologicznej REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA ★ Nukleaza obtrawia w miejscu pęknięcia końce 5' dwóch przerwanych nici ★ Następnie, za pomocą swoistych enzymów, jeden z uwolnionych w miejscu pęknięcia końców 3' przeprowadza „inwazję" na nieuszkodzoną helisę DNA i odszukuje komplementarną wobec siebie sekwencję poprzez tworzenie par zasad ★ nić dokonująca inwazji jest wydłużana przez naprawczą polimerazę DNA, która wykorzystuje komplementarną nieuszkodzoną nić jako matrycę ★ nowo powstały fragment nici oddysocjowuje i nić ta łączy się ponownie z nicią, z którą była połączona w pękniętej dwuniciowej helisie, tworząc pary zasad w taki sposób, że utrzymuje razem obie nici tej helisy ★ Naprawę kończy dodatkowa synteza DNA na końcach 3' obu nici przerwanej dwuniciowej helisy, po której następuje ligacja DNA ★ Produktem końcowym są zatem dwie nienaruszone dwuniciowe helisy DNA, przy czym informacja genetyczna zawarta w jednej z nich posłużyła do odtworzenia i naprawy drugiej.  KONSEKWENCJE BRAKU LUB BŁĘDNEJ NAPRAWY DNA ★ Zmiana pojedynczego nukleotydu wywołuje anemię sierpowatą ○ Globina Beta jest jednym z dwóch typów podjednostek białkowych, które wchodzą w skład hemoglobiny ○ Pojedyncza mutacja w genie kodującym globinę Beta prowadzi do powstania podjednostki, która różni się od prawidłowej zamianą kwasu glutaminowego na walinę w szóstej pozycji łańcucha polipeptydowego ○ mutacja sierpowatości w jednej kopii genu globiny Beta z reguły nie wywołuje efektów chorobowych, ponieważ jest kompensowana przez prawidłową kopię genu od drugiego rodzica ○ osoba, która odziedziczy dwie kopie genu globiny Beta, będzie cierpieć na anemię sierpowatą. ○ Chociaż anemia sierpowata może być chorobą niebezpieczną dla życia, odpowiadająca za nią mutacja pmoże być też korzystna. Chorujący na nią ludzie, a także osoby z jedną poprawną i jedną uszkodzoną kopią genu, są bardziej odporni na malarię aniżeli osoby pozbawione mutacji, ponieważ pasożyt wywołujący malarię gorzej rozwija się w erytrocytach zawierających hemoglobinę sierpowatą NOWOTWÓR ★ jest skutkiem niekontrolowanego namnażania się (proliferacji) komórek ★ zmiany nukleotydów, do których dochodzi w komórkach somatycznych, mogą prowadzić do powstawania wariantów komórek, z których część rośnie i dzieli się w niekontrolowany sposób na koszt innych komórek tego organizmu EWOLUCJA ★ chociaż większość mutacji nie jest ani szkodliwa, ani korzystna dla organizmu, te, które mają szczególnie groźne konsekwencje, są z reguły eliminowane poprzez dobór naturalny: osobniki przenoszące zmienione DNA mogą wykazywać wyższą śmiertelność lub niższą płodność, w związku z czym występujące u nich mutacje zostają stopniowo wyeliminowane z populacji. z kolei korzystne zmiany są utrwalane i rozprzestrzeniane w populacji. ASPEKTY MOLEKULARNE DOŚWIADCZENIE GRIFFITH’A (28’) Do zakażenia myszy użyte zostały dwa szczepy bakterii zapalenia płuc w różnych formach: R (rough) – formujący na szalce kolonie lub grudki bakterii o zaznaczonych krawędziach i chropowatym wyglądzie; nie powodowały choroby S (smooth) – o gładkim wyglądzie dzięki polisacharydowej otoczce, która chroniła go przed układem immunologicznym i umożliwiała spowodowanie choroby (=wirulentne) termicznie zabity szczep S (w normalnych warunkach wirulentnych) nie spowodował zachorowania i myszy przeżyły niewirulentny szczep R w połączeniu z termicznie zabitym szczepem S – myszy zachorowały, a próbka wykazała obecność żywych bakterii ze szczepu S – nastąpiła transformacja, bo znajdował się czynnik transformujący.(=bakterie wirtulentne) Udowodnił, że bakterie chorobotwórcze zabite wysoka temperaturą mogą transformować nieszkodliwe żywe bakterie w patogeny. DOŚWIADCZENIE AVERY’EGO, MACLEAODA I MCCARTY’EGO (43’) identyfikacja cząstki transformującej (DNA odpowiedzialne za transformację) Z wielkiej hodowli termicznie zabitych wirulentnych bakterii (S) z doświadczenia Griffitha oczyszczano transformującą cząstkę do uzyskania bardzo małej jej ilości, którą można było przeanalizować i zidentyfikować. Okazało się, że: Dawała negatywny wynik przy wykrywaniu białek, ale silnie pozytywny przy wykrywaniu DNA W stosunku azotu i fosforu bardzo przypominała DNA  Enzymy degradujące RNA i białka miały na nią mały efekt, ale degradowana była przez enzymy DNA Mimo to, nie było pewności, że to DNA – mogło to być zanieczyszczenie występujące w niewielkich ilościach. Przygotowali ekstrakt z chorobotwórczego szczepu S pneumokoków i określili, że “czynnikiem transformującym”, który w trwały sposób zmienia pneumokoki szczepu R w zabójczy szczep S, jest DNA. Był to ich pierwszy dowód na to, że DNA jest materiałem genetycznym. DOŚWIADCZENIE HARSHEY’A I CHASE’A (52’ ; znakowanie izotopami) Badacze podzielili bakteriofagi na dwie grupy: w kapsyd wbudowali promieniotwórczą siarkę 35S w DNA wbudowali promieniotwórczy fosfor 32P Co robili? Następnie zakażali bakteriofagami T2 bakterie. Potem wytrząsali i wirowali roztwór tak, aby bakterie z wstrzykniętym DNA bakteriofagów utworzyły osad i oddzieliły się od białkowych kapsydów bakteriofagów. Większość promieniotwórczej siarki znajdowała się w roztworze zawierającym kapsydy bakteriofagów. Większość promieniotwórczego fosforu znajdowała się w osadzie z bakterii, ponieważ zawierały one DNA bakteriofagów. Udowodnili, że geny są zbudowane z DNA DOŚWIADCZENIE MESELSONA-STAHLA (58’) Modele replikacji DNA: Dyspersyjny: w procesie powstają 2 podwójne nici DNA; każda z nich składa się z części nici rodzicielskiej i części nici potomnej Konserwatywny: w procesie powstają 2 podwójne helisy DNA: jedna posiada 2 nici potomnego, druga 2 nici rodzicielskie Semikonserwatywny: 2 podwójne helisy DNA: w każdej z nich jedna nić to nić pottomna, druga to nić rodzicielska Przypadkowy: powstają 2 nici DNA, które są mieszankami/„hybrydami” rodzicielskiego i potomnego DNA obserwowali w jaki sposób podczas podziału bakterii tworzone są nowe nici DNA Hodowla E.coli w pożywce z ciężkim izotopem N-15 Po kilku pokoleniach zasady azotowe w DNA bakterii były wszystkie wyznakowane ciężkim N-15 Przeniesiono je do pożywki z N-14 i po kilku pokoleniach DNA zawierało N-14, bo był jedyny dostępny Pobrano po różnym czasie DNA i poddano wirowaniu w gradientowe CsCl; po jednej reakcji każda cząsteczka zbudowana była z nici N-14 i N-15 - obala teorie konserwatywną Po reakcji ułożyły się 2 pasma jedno miało nici N-14/N-15, a drugie tylko nici N-14 - obala teorię dyspersyjnąs CO DOWODZI? - Potiwerdza model replikacji typu semikonserwatywnego DEFINICJE POJĘĆ kwas deoksyrybonukleionowy ○ wielkocząsteczkowy organiczny związek chemiczny z grupy kwasów nukleinowych ○ u eukariontów zlokalizowany przede wszystkim w jądrach komórek ○ u prokariontów bezpośrednio w cytoplazmie ○ u wirusów w kapsydach  ○ pełni rolę nośnika informacji genetycznych kwas rybonukleionowy ○ organiczne związki chemiczne z grupy kwasów nukleinowych ○ zbudowane z rybonukleotydów połączonych wiązaniami fosfodiestrowymi ○ z chemicznego punktu widzenia są polimerami kondensacyjnymi rybonukleotydów ○ występują w jądrach komórkowych i cytoplazmie ○ często wchodzą w skład nukleoprotein ryboza ○ organiczny związek chemiczny ○ pięciowęglowy cukier prosty (pentoza) ○ należy do aldoz ○ wykazuje czynność optyczną lewoskrętna forma o konfiguracji D prawoskrętna forma o konfiguracji L ○ tworzy białe kryształy ○ jest rozpuszczalna w wodzie i etanolu ○ w organizmach żywych występuję wyłącznie w formie D deoksyryboza ○ cukier prosty z grupy aldopentoz ○ w pozycji 2 zamiast grupy -OH obecnej w rybozie znajduje się atom wodoru ○ NIE podlega pod wzór ogólny węglowodanów Cx(H2O)y ○ jest składnikiem nukleozydów, nukleotydów i kwasów nukleinowych zasady azotowe ○ związki chemiczne mające w swoim składzie azot i wykazujące własności zasadowe ○ zaliczamy do nich: amoniak i jego pochodne aminy iminy ○ zasady azotowe nukleotydów są podstawowym budulcem DNA i RNA Właściwości zasad azotowych CYTOZYNA ○ zasada pirymidowa ○ występuje w DNA i RNA ○ tworzy parę komplementarną z guaniną za pomocą 3 wiązań wodorowych  URACYL ○ zasada pirymidowa ○ występuje tylko w RNA ○ w połączeniu z rybozą tworzy nukleozyd urydynę ○ tworzy parę komplementarną z adeniną za pomocą 2 wiązań wodorowych TYMINA ○ zasada pirymidowa ○ występuje tylko w DNA ○ w połączeniu z deoksyrybozą tworzy nukleozyd tymidynę ○ tworzy parę komplementarną z adeniną za pomocą 2 wiązań wodorowych ADENINA ○ zasada purynowa ○ występuje w DNA i RNA  ○ tworzy parę komplementarną z tyminą (w DNA) i z uracylem (w RNA) za pomocą 2 wiązań wodorowych ○ w połączeniu z rybozą tworzy nukleozyd adenozynę ○ wchodzi też w skład ATP, ADP, AMP, cAMP itd. GUANINA ○ związek aromatyczny ○ zasada purynowa ○ występuje w DNA i RNA ○ tworzy parę komplementarną z cytozyną za pomocą 3 wiązań wodorowych ○ biała substancja krystaliczna ○ nierozpuszczalna w wodzie ĆWICZENIA CYTOGENETYKA KLASYCZNA dział genetyki zajmujący się badaniem chromosomów cytogenetyka koncentruje się zarówno na kształcie jak i liczbie chromosomów, jak również na ich dziedziczeniu CYTOGENETYKA MOLEKULARNA opiera się na technikach porównawczej hybrydyzacji genomowej (CGH) i fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) CGH wykrywa obecność dodatkowego bądź też brak materiału genetycznego. Metoda ta stosowana jest przede wszystkim w cytogenetyce onkologicznej. Technika FISH pozwala na badanie jąder komórkowych w stadium metafazy jak i interfazy. Znajduje zastosowanie w detekcji konkretnych mutacji, miejsc pęknięć, czy dokładnej analizie translokacji. Badanie techniką FISH jąder interfazowych ma miejsce przy badaniach prenatalnych i diagnostyce preimplantacyjnej. W obu przypadkach FISH pozwala na wykrycie anomalii liczbowych i strukturalnych w obrębie genomu. GENOTYP zespół wszystkich genów orgaznimu; zapis alleli danego genu FENOTYP cecha lub zespół cech organizmu, które są zależne od genotypu i środowiska KARIOGRAM kariotyp przedstawiony w postaci graficznej - kolejne pary chromosomów homologicznych są ułożone w kolejności od 1 do 22, zgodnie z ich długością; na końcu umieszcza się chromosomy płciowe IDEOGRAM graficzna prezentacja garnituru chromosomów  ASPEKTY MEDYCZNE CIĘŻKA NIEDOKRWISTOŚĆ gen kodujący glubulinę Beta - białko które stanowi część przenoszącej tlen cząsteczki hemoglobiny jej gen znajduje się w pobliżu regionu heterochromatyny i u ludzi z odziedziczoną delecją barierowego DNA (sekwencja barierowa DNA blokuje dalszą propagację do regionów euchromatyny) heterochromatyna rozprzestrzenia się i uniemożliwia ekspresję genu globuliny Beta TOKSYNY GRZYBÓW hepatoksyny (amanityna w muchomorach sromotnikowych) i hepatokarcynogeny (aflatoksyna) blokują syntezę RNA powoduje to zmniejszenie wielkości jąderka i jego fragmentacje