WYKŁADY - Biologia z Genetyką.docx

Genom – całkowita informacja genetyczna komórki eukariotycznej, prokariotycznej i wirusów.

Proteom – PROTien complement of the genOME = komponent białkowy kodowany przez genom.

Funkcje proteomu:

·         Katalityczne (enzym)

·         Strukturalne (aktyna, miozyna, kolagen, elastyna)

·         Transportowe (hemoglobina)

·         Regulacja hormonalna (insulina)

·         Ochronne (przeciwciała)

·         Magazynowanie (ferrytyna)

·         Receptorowe (glikoproteiny)

·         Sygnałowe (cząsteczki sygnałowe)

·         Regulatorowe (czynniki transkrypcyjne)

Genom w jądrze, mitochondriach i chloroplastach.

Funkcje jądara:

·         Magazyn genomu (informacji genetycznej zakodowanej w DNA)

·         Miejsce replikacji genomu, transkrypcji genów (syntezy mRNA, tRNA, rRNA)

·         Miejsce montowania rybosomów (jąderka)

Struktury od organelli różnią się tym, że nie są obłonione.

Genom jądrowy – liniowe cząsteczki DNA upakowane w chromosomach.

Genom mitochondrialny i chloroplastów – koliste cząsteczki DNA w wielu kopiach (0,005% genomu jądrowego)

Podstawową jednostką wilkości genomu jest para zasad – pz lub bp (basic pair)

Istotą autoreplikacji „nie jest tak, że to samo rodzi to samo, tylko to samo rodzi swój komplement” (komplementarność nici)

Centralny dogmat genetyczny:

DNA –transkrypcjaàRNA—translacjaàbiałko

Badania:

·         Saccharmyces cerevisiae – drożdże piekarskie

·         Caenorhabditis elegans

·         Arabidopsis thaliana

·         Drosophila melanogaster

·         Homo sapiens

·         Mus musculuc

Struktura fizyczna genomu:

·         Różnica dotyczy jedynie:

Ø      Wielkości genomu (liczby genów, sekwencji nieciągłych i powtarzających się w genomie)

Ø      Liczby chromosomów

Projekt szybkiego sekwencjonowania genomu ludzkiego. Główny cel:

·         Określenie pełnej sekwencji ludzkiego genomu

·         Określenie liczby genów

Spersonalizowane genomy:

·         Zsekwencjonowane, diploidalne genomy pochodzące od jednego człowieka

·         Znaczenie diagnostyczne – identyfikacja genu, którego mutacja może zwiększyć podatność na zachorowanie na różne choroby

Nowo zidentyfikowane geny np.:

·         Gen Rap 80 – rak piersi

·         Gen kodujący neuroksynę1 i Met – autyzm

·         Mutacje genu CHD7 – skolioza

·         Gen GAB2 – Alzheimer

·         8 genów powiązanych z cukrzycą II i 1 gen z cukrzycą I

Genom jądrowy:

·         Geny i sekwencjezwiązane z genami (10% całego genomu)

·         DNA pozagenowy (powtórzony)

Gen – odcinek łańcucha DNA o określonej sekwencji zasad nukleotydowych, w których jest zakodowana informacja warunkująca:

·         Syntezę jednego łańcucha polipeptydowego (produkt pośredni 1 cząsteczka mRNA)

·         Syntezę jednej cząsteczki (tRNA lub rRNA)

Gen eukariotyczny jest nieciągły

·         Sekwencje DNA kodujące eksony (10% genu)

·         Sekwencja DNA niekodujące introny (90% genu)

·         Sekwencje promotorowe, początkowe i końcowe genu

Struktura genu eukariotycznego:

CCAAT|  |TATA|  |ATG|  ekson  |GT|  intron  |AG|  ekson  |TAA, TAG, TGA

·         ATG – uniwersalny kodon inicjujacji transkrypcji

·         TAA, TAG, TGA – uniwersalne kodony terminacji transkrypcji

·         CCAAT i TATA – sekwencje istotne w inicjacji i regulacji transkrypcji

·         GT i AG – oddzielają introny od eksonów

Liczba intronów i eksonów w genach jest różna, niektóre geny występują w wielu kopiach:

·         Największe u człowieka – gen dystrofiny

·         Najmniejsze u człowieka – gen kodujący nić 5S RNA

Większość genów jest nieregularnie rozmieszczona w chromosomach.

DNA powtórzony (nie jest transkrybowany na język białek)

·         Powtórzenia tandemowe (satelitarne DNA) identyczne, wielokrotnie powtarzane.

·         Powtórzenia rozproszone w genomie

Powtórzenia tandemowe:

·         Makrosatelitarne – o długości 100-5000 kpz (centromer)

·         Minisatelitarne – 10-100 nukleotydów w obrębie np. genu insuliny

·         Mikrosatelitarne – 1-6 nukleotydów powtarzają się w danym locum od 5-100 razy. Powtórzenia 5’TTAGG3’ występują w telomerach. Powtórzenia AC – różna u poszczególnych osób – stosowane jako fizyczne markery genetyczne (identyfikacja)

Polimorfizm powtórzeń tandemowych VNTR – markery w sądownictwie, genetyki medycznej.

Powtórzenia rozproszone w genomie (ruszają się)

·         Krótkie SINES

·         Długie LINES

·         Tylko u eukariota

·         SINE i LINE – poruszają się przez tzw. retrotranspozycję, zawierają gen kodujący odwrotną transkryptazę

Transpozony DNA (enzym transpozoza)

DNA donorowy (transpozon) à DNA docelowy à transkrypcja niereplikacyjna typu „wytnij i wklej” à nowa sekwencja DNA

Organizacja DNA w komórce eukariotycznej:

DNA upakowany w chromosomach dzięki tworzeniu kompleksu z histonami, zwanego chromatyną.

·         Euchromatyna – rozproszona forma

·         Heterochromatyna – skondensowana forma

Ø      Konstytutywna (nie zawiera genów)

Ø      Fakultatywna (zawiera geny nieaktywne)

Stan chromatyny dziedziczy się

Poziomy upakowania:

·         Nukleosom – podstawowa jednostka składowa chromatyny (nawinięty na 8 cząteczek histonów rdzeń białkowy, połączone za pomocą DNA łącznikowego)

·         Solenoid – (włókna 30nm) – widoczne w mikroskopie elektronowym

·         Domena – 300nm

·         Siateczka ??? – 700 nm

·         Metafazowy chromosom

Telomery:

·         Satelitarny DNA

·         5’TTAGG3’ Skracanie z każdym podziałem komórki, gry osiągnie krytyczną długość dochodzi do starzenia się i śmierci komórki

Telomeraza:

·         Odpowiada za syntetyzowanie telomerów

·         Nieaktywna w komórce somatycznej, aktywna natomiast w komórkach nowotworowych, rozrodczych, limfocytach.

Kariotyp – kompletny zestaw chromosomów jądrowych danego gatunku, prawidłowy kariotyp człowieka to 46,XX lub XY

Proces inaktywacji chromosomu X – lionizacja – zachodzi na wczesnym etapie zarodkowym

Analiza diagnostyczna – analiza prążkowa

Barwienie chromosomów metafazowych odczynnikiem Giemzy – prążkowanie G

·         Jasne prążki R – (bogate w pary G-C) – DNA replikuje się we wczesnej fazie S zawierają większość SINES i genów (euchromatyna)

·         Ciemne prążki G – (bogate w pary A-T) – replikują się w późnej fazie S, zawierają większość LINES, jedynie nieliczne geny, głównie heterochromatyna fakultatywna

Aberracje chromosomowe:

1.       Liczbowe

·         Poliploidia – zwielokrotniona całkowita haploidalna (n) liczba chromosomów. Haploid, diploid, triploid, tetraploid.

·         Aneuploidia  - niewielkie odchylenia od podstawowej liczby chromosomów. Autosomów – nullosomia, monosomia, disomia, trisomia.

2.       Strukturalne

·         Delecja

·         Insercja

·         Duplikacja

·         Inwersja

·         Translokacja

Mitochondrialny DNA człowieka (mtDNA)

·         16600 pz (2-10 kopii)

·         Mutacja mtDNA nasilają się w miarę starzenia się organizmu

·         Pojawia się z dużą częstotliwością w komórkach norotworowych

·         Choroby mitochondrialne pojawiają się gdy udział zmutowanego DNA przekroczy 50-80% całego mit DNA

·         Brak systemu naprawczego DNA (częstość powstawania mutacji w mitDNA jest znacznie większa niż w DNA jądrowym)

·         Mutacje w genach mitDNA tworzą mutacje punktowe, delecje, duplikacje lub zmniejszenie liczby kopii mitDNA

·         Genom jest przekazywany następnemu pokoleniu wyłącznie przez genom matki (tzw dziedziczenie matczyne)

·         Niskokodujący mitDNA zawiera sekwencje niepowtarzalne

·         TGA nie jest kodonem terminalnym

·         Geny nie zawierają intronów

·         Struktura kolista

·         Geny leżą blisko siebie i odstępstwa są niewidzialne

·         Choroby mitochondrialne:

Ø      Zespół LHON – mutacje w gena...