A GENETIKAI INFORMCI TROLSA S KIFEJEZDSE A DNS

A GENETIKAI INFORMÁCIÓ TÁROLÁSA ÉS KIFEJEZŐDÉSE A DNS SZERKEZETE • Két antiparalel (ellentétes lefutású) polinukleotid láncból álló kettős helix • A két lánc egy képzeletbeli közös tengely körül van feltekeredve, a tekeredés leggyakrabban jobbmenetes • A két láncot egymáshoz komplementer bázispárok között kialakult hidrogén-hidak rögzítik

A DNS ELSŐDLEGES SZERKEZETE • N-tartalmú szerves bázis (A, T, C, G) Kémiai szerkezetük alapján megkülönböztetünk purinés pirimidin bázisokat • Cukorfoszfát lánc – foszfodiészter kötéssel egymáshoz kapcsolódó dezoxi-ribóz alegységekből áll • A polinukleotid-lánc nem szimmetrikus szerkezetű, végei különböznek egymástól (5’-, 3’-vég) animáció

PROKARIÓTA • A prokarióta sejtek DNS-e zárt, cirkuláris – a DNS-nek nincsen szabad vége • A replikáció alapvető problémáinak megértéséhez a prokariótákban történő DNS szintézis jó modellt nyújt EUKARIÓTA • Az eukarióta sejtek nukleáris DNS-e lineáris, és sokkal hosszabb, mint a prokarióta genom • Az eukarióta DNS nem egy molekula, hanem annyi, ahány kromoszóma van a sejtben

A KROMOSZÓMA SZERVEZŐDÉSE

A DNS REPLIKÁCIÓJA A szerkezet sajátosságaiból 2 fontos dolog következik: • A kettős spirál alakja vagy stabilitása független a nukleotidok sorrendjétől. Ezért kitűnően alkalmas információ tárolására. • A szerkezet alapján könnyen elképzelhető annak megkettőződése olyan módon, hogy széttekeredik, és az új szál a régi nukleotid sorrendjével komplementer módon jön létre. A DNS replikáció az S fázisban történik

SZEMIKONZERVATÍV REPLIKÁCIÓ Az új DNS molekula egyik lánca a mintául szolgáló és teljes egészében megőrződött szülői lánc, csak a másik lánc szintetizálódott újonnan.

A REPLIKÁCIÓ MECHANIZMUSA A DNS szemikonzervatív replikációjának lényege az, hogy a kettős spirál két lánca egymástól szétválik, és külön mindkettőről, mintáról (template) szintetizálódik egy új komplementer bázisszekvenciájú, antiparallel lefutású új lánc. A DNS kettős spirál széttekerésében – a szupercsavart állapot megszüntetésében-, és replikációs villa kinyílásában topoizomeráz és helikáz enzimek vesznek részt.

A mintául szolgáló DNS-lánccal komplementer, új DNSlánc szintézisét a DNS-polimeráz enzimek végzik. A folyamat meghatározott helyről indul, az ún. replikációs origóból. A másolás mindkét szálon megindul, de ellentétes irányban. A DNS szálak antiparalel lefutásúak, és a szintézis iránya mindig a mintául szolgáló szál 3’ végétől indul az 5’ vég felé.

A replikációs villa a DNS szintézis helye. A DNS szintézis enzimaktivitás eredménye. A szintézishez DNS polimeráz enzim, nukleotid trifosztfátok (d. ATP, d. GTP, d. CTP, d. TTP), egyszálú templát DNS valamint kezdő vagy primer nukleinsav darab szükséges. d. ATP PRIMER DNS + d. GTP d. CTP d. TTP DNS polimeráz ÚJ DNS

A folyamatos szintézis iránya megegyezik a replikációs villa előrehaladásának irányával. A szintézis iránya mindkét szálon a mintául szolgáló szál 3’-végétől indul és az 5’-vége felé folytatóik. A két mintaszálat a szintézis eltérő mechanizmusa miatt megkülönböztetik. A DNS polimeráz nem képes elkezdeni a polimerizációt egy kezdő, vagy primer szakasz nélkül. VEZETŐSZÁL KÖVETŐSZÁL Ligáz enzim Animáció

A FEHÉRJÉK BIOSZINTÉZISÉNEK FOLYAMATAI A DNS-től a fehérjéig: miként olvassák a sejtek a genomot? A génexpresszió vagy kifejeződés 2 lépésben valósul meg: 1. TRANSZKRIPCIÓ - átírás 2. TRANSZLÁCIÓ - fordítás Az információáramlás iránya - CENTRÁLIS DOGMA: DNS TRANSZKRIPCIÓ RNS TRANSZLÁCIÓ FEHÉRJE TRANSZKRIPCIÓ A DNS alapú genetikai információ ugyan egy másik molekulába (RNS) íródik át, azonban a nyelvezet – a nukleotidák nyelve -, továbbra is közös marad.

TRANSZKRIPCIÓ A transzkripció egyszálú RNS-t produkál, amely komplementere a DNS egyik szálának. Az RNS szintézis templátja a 3’-5’ lefutású DNS szál (aktív szál). DNS függő RNS polimeráz Az RNS szintézis nem igényel primereket. Nincs szükség helikázokra és topoizomerázokra, az RNS polimeráz mindent egyedül végez el, vissza is tekeri a DNS helixét. 5’-3’ a szintézis iránya. A DNS-ben lévő start és stop szignálok jelzik az RNS polimerázoknak, hogy hol kezdjék és fejezzék be a transzkripciót. Animáció

A bioszintézis 3 fő szakaszra osztható: 1. Iniciáció – a folyamat elindítása – σ-faktor 2. Elongáció – lánchosszabítás 3. Termináció – a folyamat befejezése

ELTÉRÉSEK A PROKARIÓTÁK ÉS AZ EUKARIÓTÁK ÁTÍRÓ RENDSZERÉBEN Animáció

Az m. RNS érése (splicing) A legmarkánsabb eltérés a prokarióta és eukarióta átíró rendszerek között. Eukariótákban kimutatták, hogy a DNS-ről átírt RNS mérete jóval nagyobb annál az m. RNS-nél, amely végül a fordítás templátjául szolgál. EXONOK – kódoló szekvenciák INTRONOK – aminosavsorrendjük nem határoz meg semmiféle eukarióta fehérjét Speciális nukleotida szekvenciák jelzik az exon – intron határokat.

A splicing az ún. spliceosomákban megy végbe, amely fehérjéből és a magban előforduló kis méretű RNS molekulákból áll. Az újonnan szintetizálódott m. RNS 5’-végére egy „sapka” kerül, ami metil-guaninból épül fel. A 3’-vége az RNS-nek poliadenilálódik, egy „poli-A farok” kerül rá.

Transzláció A m. RNS-ben tárolt genetikai információ leforditása a nukleotidák nyelvéről az aminosavak nyelvére. A m. RNS-ben lévő START és STOP kodonok jelzik a RIBOSZÓMÁNAK, hogy hol kezdje és fejezze be a transzlációt.

A kódszótár Egy-egy aminosavnak megfelelő nukleotidhármast nevezünk kodonnak. Az m. RNS-ben jelen lévő 4 bázis mindegyike a kodonban 3 lehetséges helyen fordulhat elő 64 különböző kodon jön létre (a fehérjékbe csak 20 aminosav épül be). Startkodon: AUG (Metionin) Stopkodonok: UGA, UAG, UAA

A kódszótár Az olvasási keret a START kodontól A STOP kodonig tart 60 kodon oszlik meg 19 aminosav között Egy aminosavat egynél több kodon is meghatározhat, egy kodon azonban mindig csak egy aminosavnak felel meg. A genetikai kód néhány kivételtől eltekintve univerzális!

A t. RNS Adapter szerepét látja el. A komplementerek által létrehozott másodlagos szerkezetsíkban kivetítve lóhere alakot hoz létre. Jellegzeteségei: HURKOK: I. , III. , IV. 3’ OH végén CAA nukleotidsorrend (mozgékony) 5’ vége foszforilálódott Térbeli szerkezete „L” alakú a hidrogénhidak által kialakított szerkezet miatt Animáció

A t. RNS Dihidrouracil tartalmú nukleotid 5’ oldalon egy pirimidint tartalmazó nukleotid Az antikodon hurokban az ANTIKODONT 3 bázis alkotja Timidin. Pszeudouridin. Citidin szekv. Nagysága változatos (variábilis) 3’ oldalon egy módosított purint tartalmazó nukleotid

Kodon-Antikodon lötyögés Azonos aminosavat jelző különböző kodonokat (ha azok csak a 3. betűjükben különböznek egymástól), gyakran ugyanaz a t. RNS molekula ismeri fel. A kodon-antikodon kapcsolatban 3 bázispár alakul ki, a komplementerantiparalel nukleotidok kapcsolata nem olyan szigorú mint a DNS-ben. A kodon 3. helyen lévő bázisa és az antikodon 1. helyen lévő bázisa között jön létre a kodonantikodonkapcsolat

Kautikus redukció Az aminosavat szállító t. RNS felismerését, maga az aminosav nem befolyásolja Kísérleti úton a ciszteint katalitikus hidrogénezéssel redukálták. A alanin beépült oda, ahová az alaninnak kellett volna. A cisztein SH- oldalláncát metilcsoporttá, így a ciszteint alaninná alakították

Aminoacil-t. RNS szintetázok Savanhidrid kötés A t. RNS molekula és a az aminosav közötti kapcsolat kialakításáért felelősek. Aminosav aktiválása Aminoacil-AMP képződik Pirofoszfát hasad le A sejt legnagyobb specifitású enzimei közé tartoznak. AMP hasad le Aktivált aminosav átvitele a specifikus t. RNS-re

Riboszómák Egy kisebb és egy nagyobb részegységből álló ribonukleoprotein részecskék

Riboszómák A transzlációban éppen részt nem vevő inaktív riboszómák disszociált állapotban vannak. A polipeptidlánc szintézisének iniciációjakor a két alegység egyesül, a szintézis végén pedig ismét szétválik (ismétlődő riboszómaciklus).

Riboszómák Policisztronos, azaz több polipeptidlánc szerkezetére vonatkozó információt hordoz. Az információ az AUG kodonnal kezdődik Prokarióta m. RNS Az AUG előtt egy nem kódoló szakasz van, a riboszómához kötődést segíti A STOP kodont követi a következő polipeptid START kodonja (AUG) Az első polipeptidet kódoló szakasz a STOP kodonnal fejeződik be

Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa (Iniciáció) Az AUG kodonhoz az iniciátort. RNS antikodonja kapcsolódik Az m. RNS a riboszóma kis alegységéhez kötődik A kezdő metionin formileződik, ezt szállítja az iniciátor t. RNS (t. RNSfmet) Iniciációs komplex (30 S) GTP + iniciációs faktorok (IF 1, IF 2, IF 3) szükségesek a kialakulásához Animáció 50 S alegység

Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa (Elongáció) EF-TU EF-Ts

Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa (Elongáció) A második aminosav aminocsoportja peptidkötést alkot a formil metionin karboxilcsoportjával A folyamatot az 50 S alegység peptidil transzferáz enzime katalizálja Animáció

Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa (Elongáció-Transzlokáció) Az AUG kodon és az üres iniciátor t. RNS legördül a P helyről, ide a második aminosavnak megfelelő kodon és és a kéttagú peptidet hordozó t. RNS kerül Az A helyen megjelenik a lánc 3. tagját meghatározó kodon A folyamat GTP-t igényel, amiben a EF-G (transzlokáz), segédkezik

Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa (Termináció) Az A helyen megjelenik valamelyik a STOP kodonok közül Újabb t. RNS molekulák helyett terminációs faktorok kötődnek (RF 1, RF 2) A polipeptid-transzferáz lehasítja a polipeptid láncot az utolsó t. RNS-ről A riboszóma alegységeire esik (P hely) Animáció

Poliszóma Miután az első riboszóma elhagyta az m. RNS leolvasása közben az első kb. 80 nukleotidnyi szakaszt, újabb riboszóma kezdi el a szintézist a láncon. Annyi amennyi elfér a láncon. A poliszómaszerkezet stabilizálja a láncot. Animáció

Fehérjeszintézis a mitokondriumban Osztódással szaporodik Önálló genetikai rendszerrel rendelkezik (cirkuláris DNS) 2 r. RNS gén 13 fehérje gén 22 t. RNS gén Nem tökéletesen érvényes a genetikai kód univerzálissága Az m. RNS 5’ végén nem jelenik meg a Cap, de a 3’ végén megtalálható a Poli-A farok UGA=Triptofán AUA=Metionin AGG=STOP kodon