28 Luty.wykład 2 doc.doc

                                                                                              28 Luty  - wykład 2


Każdy  łańcuch DNA  ma sekwencję nukleotydów dokładnie komplementarną do sekwencji nukleotydów swojego partnera . każdy z nich może działać jako matryca do syntezy nowego łańcucha  wobec tego info genetyczna zawarta w DNA może być dokładnie powielana.
 

Taka sytuacja czyli zdolność każdego łańcucha do funkcjonowania w roli matrycy
to umożliwia komórce replikację swoich genów przez przekazaniem ich komórką potomnym.
Przed każdym podziałem komórkowym kopiowaniu ulegają miliardy par nukleotydów.

Dzieląca się komórka zwierzęca i nasza musi przeprowadzić ten proces szybko i dokładnie
i kopiuje w ciągu 8 godz ilość info która byłaby równoważna 1000 takich grubych tomów formatów a4 . ;D

Jest to możliwe dzięki aparatowi replikacyjnemu
czyli ta replikacja to jest synteza dwukomplementarnych łańcuchów mających identyczną sekwencje nukleotydów z helisą wyjściową.

Helisa DNA dwuniciowa jest stabilna ponieważ utrzymują ją w położeniu liczne wiązania wodorowe które są pomiędzy zasadami . Mogą ulec rozerwaniu przez temp bliską wrzeniu wody , żeby jednak pełnić funkcję matrycy musi być ta helisa rozpleciona z udziałem białek inicjujących które to białka inicjujące rozrywają wiązania wodorowe i oddzielają od siebie oby dwa łańcuchy DNA .

wiązania wodorowe są słabe ale kiedy jest ich dożo to są mocne
rozdzielenie nici na krótkim odcinku nie wymaga dużego nakładu energii i dużej temp.

odcinki DNA w których zostaje zainicjowane to rozplataie są nazywane miejscami początku replikacji w skrócie ORI. Miejsca te zawierają szczególne sekwencje nukleotydów

W komórach prostych organizmów np. bakterie drożdże te miejsca początku replikacji obejmuą odcinki kwasu DNA o długości około 100 par zasad.

najczęściej te miejsca początku replikacji pojawiają się tam gdzie są wiązania podwójne ( prościej je rozerwać )

typowy genom komórki bakteryjnej którym jest kolista cząsteczka DNA ma jedno takie miejsce początku replikacji natomiast u człowieka gdzie genom jest duży tych miejsc replikacji jest około 10 000  wtedy szybciej  Może nastąpic replikacja i w wielu miejscach
 

W trakcie replikacji można obserwować struktury DNA w kształcie litery Y nazywanej WIDEŁKAMI REPIKAYJNYMI

obecny w nim aparat replikacyjny przesuwa się wzdłuż DNA rozplata L helisę

PROCES REPLIKACJI jest dwukierunkowy szybkośc tego procesu wynosi u bakterii 1000 par zasad na sekundę u człowieka 100 par na sekundę

sercem aparatu replikacyjnego jest enzym polimeraza DNA

on katalizuje przyłaczanie nukleotydów do nowo powstającego łańcucha

Nukleotydy wchodzą w reakcje w postaci bogatych w energię trójfosforanów nukleozydów które przez to ze maja dużo energii napędzają proces powstawania nowych łańcuchów

nowe łańcuchy są syntetyzowane w kierunku od końca 5’ do końca 3’

stwarza to pewne problemy w widełkach replikacyjnych rdzeń cukrowo fosforanowy
każdej nici DNA ma swoją chemiczną kierunkowość czyli polarność która wynika ze sposobu łączenia się reszt cukrowych i w dwuniciowej strukturze L helisy łańcuchy ułożone są antyrównolegle .

dlatego widełki replikacyjne są aymetryczne
wobec tego obydwa łańcuchy rosną w tym samym kierunku zgodnie w kierunku ruchów widełek

polimeraza DNA – dodaje nowe nukleotydy tylko do końca 3’ więc tak naprawde nowy łańcuch rośnie od 5’ do 3’
ta polimeraza jest bardzo dokładna ona popełnia jeden bład na 10 d0 7 nukleotydów

czyli raz na 10 milionów  podczas replikacji  jeżeli utworzą się pary mniej stabilne a więc pomiędzy guaniną i tyminą lub cytozyną i ademiną i one by się skumulowały mogłby spowodowac zabicie kom wobec tego polimeraza DNA może także korygować ewentualne błędy ta korekta błędów dokonana przez polimerazę nazywa się redagowaniem mianowicie enzym polimeraza przed dołączeniem kolejnego nukleotydu sprawdza czy te który został dołączony jest na swoim miejscu jeśli tak to to łącza nowy jeżli nie to go usuwa i wstawia prawidłowy .

REPILKACJA –synetza nowych łańcuchów DNA
TRANSKRYPCJA – przepisanie info genetycznej na kwas RNA ten kwas RNA występuje w kilku postaciach w tym przypadku mRNA w którym zapisana jest info o DNA
TRANSLACJA- synteza bialek czyli przyłączanie odpowiednich aminokwasów zgodnie z info zawartą na rRNA efektem końcowym jest oczywiście powstanie białka
Jako starter do syntezy DNA służą krótkie odcinki DNA
synteza DNA zachodzi w interfazie mejozy ( podziału redukcyjnego)

przyłaczanie nukleotydów bierze udział polimeraza żeby rozpocząc synteze potrzebny jest inny enzym który nie syntetyzuje DNA ale wytwarza krótkie odcinki kwasu rybonukleinowego (RNA) używając DNA jako matrycy .

Ten odcinek RNA ma dłu około 10 nukleotydów i on sluzy poimerazie DNA jako miejsce startu jest to więc starter (Praimer) enzym który go inicjuje nazywa się prymasa

cząsteczka RNA ma pofałdowaną strukturę która zależy od sekwencji nukleotydów ponieważ uracyl może tworzyć parę z Adeniną starter RNA jest syntetyzowany na matrycy DNA dokładnie w ten sam sposób  jak DNA w przypadku syntezy nici wiodącej DNA starter RNA jest potrzebny tylko raz do rozpoczęcia replikacji w miejscu ORI
aby z wielu oddzielnych odcinków DNA utworzyć ciągły łańcuch DNA potrzebne są 3 dodatkowe enzymy enzymy te szybko usuwają starter RNA zastępuja go odcinkiem DNA i łączą kolejne fragmenty DNA startery DNA usuwa enzym nukleaza
w miejsce usuniętego RNA enzym który się nazywa naprawcza poimeraza DNA wprowadza deoksyrybonukleotydy a następnie kolejny enzym ligaza DNA łączy fosforan na końcu 5’ jednego fragmentu DNA z końcem 3’ drugiego fragmentu .

PRYMAZA może inicjować synteze łańcuchow ale nie może sprawdzac wyników swojej pracy . w rezultacie startery zawierają stosunkowo duzo pomyłek ale ponieważ starterami SA odcinki RNA a nie DNA są one automatycznie usuwane jako podejrzane kopie i zastepowane przez DNA
krótki odcinek DNA astępujący starter RNA jest wstawiany przez naprawcza polimerazę DNA wyposażoną w mechanizm redagowania w ten sposób  system komórkowy w którym wystepuje aparat replikacyjny może rozpocząć syntezę nowych łańcuchów DNA
i równocześnie zapewnic wierne powielanie całego DNA .

komórki odczytują i wykonują instrukcje genetyczne poprzez procesy transkrypcji i translacji cyzli prez ekspresję zawartch w nich genów

z jednego genu może powstac wiele identycznych czasteczek RNA a kazda z nich może kierowac synteza wielu identycznych cząsteczek białka w komórce znajduje się zwykle pojedyncza kopia jednego genu  w związku z tym wielokrotnie powtarzane procesy transkrypcji umożliwiają wyprodukowanie potrzebnej ilości białka znacznie szybciej niż gdyby DNA sam był bezpośrednią matryca do ich syntezy

kaady z genów może ulegac transkrypcji i translacji z inna wydajnością
co przekłada się na wytwarzanie dużej lub małej ilości białek
komórki mogą również zmieniac czyli regulować ekspresję każdego z genów stosowanie do potrzeb 

pierwszy krok jaki komórki podejmują aby odczytać info genetyczne to przepisywanie sekwencji nukleotydów DNA czyli genu na sekwencję nukleotydowe RNA
i to się nzywa TRANSKRYPCJĄ

pomimo niewielkich tylko róznic chemicznych DNA i RNA znacznie różnia się pod względem ogólnej budowy
DNA wystepuje w komórkach zawsze w postaci 2 niciowej helisy

Natomiast RNA jest zawsze jednoniciowe 
może układać się rożnie w sposób przestrzenny przez co umożliwia mu pełnienienie w komórce dodatkowych funkcji poza przekazywaniem info  np. F struktuale katalityczne

DNA tylko f magazynu info !

całe RNA zawarty w komórce powstaje podczas transkrypcji
która jest procesem podobnym do replikacji DNA

rozpoczyna się od rozplecienia krótkiego odcinka DNA i jeden z końców tych rozplecionych służy jako matryca do syntezy RNA no i oczywiście tutaj musi być komplementarnośc czyli nowo wchodzący nukleotyd musi być komplementarny do już istniejącego

łańcuch RNA który powstaje podczas transkrypcji nosi nazwę transkryptu jest wydłuzany po 1 nukleotydzie i ma sekwencję komplementarną do nici DNA która był użyta jako matryca

transkrypcja różni się od replikacji DNA kilkoma cechami:
1. odwrotnie niż w przypadku nowo powstałego DNA łańcuch RNA nie powstaje wodorowo związany z matrycowym łańcuchem DNA
2. zamiast tego tuż za rejonem w którym są dołączane kolejne rybonukleotydy zostaje odtworzona helisa DNA a łańcuch RNA zostaje wyparty tak więc cząsteczki RNA które powstają w procesie transkrypcji są zawsze jednoniciowe
3. cząsteczki RNA są znacznie krótsze niż cząsteczki DNA ponieważ stanowią one tylko kopie tylko pewnych rejonów DNA
4.cząsteczki DNA chromosomu cżłoweieka maja długość około 250 mln par zasd zaź cząsteczki RNA nie wiecej niż kilka tysięcy nukleotydow
5. transkrypcje przeprowadzają COS   zwane polimerazami RNA katalizują tworzenie się wiązan fosfodwuestrowych łączących poszczególne nukleotydy
polimeraza RNA przesuwając się krok po kroku wzdłuż DNA rozplata przed sobą dwuniciowa helisę by odsłonic nic matrycowa dla RNA substratami do tej treakcji SA trójfosforay rybo nukleozydów a wiec adeninotrójfosforan cytozyno , guanino , uracylotrójfosforan , których wysoko energetyczne wiązania dostarczają energii potrzebnej do przeprowadzenia reakcji
prawie natychmiastowe uwalnianie  łańcucha RNA od matrycy DNA w miare postępującej syntezy oznacza ze z jednego genu w stosunkowo krótkim czasie może powstac wiele kopi RNA zwłaszcza ze synteza nowego RNA rozpoczyna się zwykle przed zakończeniem poprzedniej syntezy

transkrypcja średniej wielkości genów a wiec np. zawierajacgo 1500 par zasad przez jedna cząsteczkę polimerazy DNA trwa około 50 sekun ale na tym samym odcinku DNA może równolegle pracować 15 polimeraz co umożloiwaia synteze ponad 1000 transkryptów z jednego genu w ciągu 1 godziny
 

polimeraza DNA i RNA różnia się :

1.      katalizowanymi nukleotydami
2.  polimerazy RNA nie SA wyposażone w mechanizmy sprawdzające i korygujące produkty
3.polimeraza RNA nie wymaga strtera do zainicjowania syntezy nowych łańcuchów RNA
4. polimerazy RNA przeciętnie wprowadzają błędnie 1 nukleotyd na 10 tysięcy wprowadzonych poprawnie dlatego ze RNA nie jest przewidziane do trwałego przechowywania info dlatego liczba błedów może być znacznie wieksza 

istniej kilka rodzajów kwasów RNA ;
mRNA – info  pilnuje kolejności przyłacania aminokwasów końcowy efekt białko
rRNA- które stanowi rdzen rybosomów na których mRNA ulega translacji do białek
tRNA- transportujące RNA wyszukuje aminokwasy i doprowadza je do białek w kolejności zgodnej z zapisami w mRNA

typowy mRNA zawiera info przepisane tylko z jednego genu kodującego pojedyncze białko
tak jest w kom eukariotycznych
w komórkach bakteri jeden mRNA często stanowi produkt transkrypcji kilku genów sąsiadujących i dlatego zawiera instrukcje do syntezy kilku różnych białek

aby rozpocząc transkrypcję polimeraza RNA musi rozpoznać początek genu i sciśle związac się z DNA w tym miejscu

w komórkach bakteryjnych czasteczka polimerazy RNA po napotkaniu DNA najpierw luźno się z nim łączy a następnie szybko przesuwa się wzdłuż helisy DNA Az napotka odcinek zwany miejscem paromotorowym ( PROMOTOR) i w tedy tworz już silny kompleks

promotor zawiera sekwencje nukleotydowe stanowiące dla polimeraz RNA info o miejscu startu transkrypcji
po wejściu w kontakt z miejscem paromotorowym polimeraza RNA rozpata od swego czoła L helisę i uwidacznia niesmarowane zasady Az enzym napotyka sygnal terminacji
lub inaczej sygnał STOP . w tedy się zatrzymuje i uwalnia utworzony odcinek DNA i łańcuchy RNA