PÄRILIKKUS

1. PÄRILIKKUS … on looduse seaduspära, mille kohaselt järglased sarnanevad oma vanematega. GENEETIKA – on teadus pärilikkusest. Geen? Kromosoom? Genoom – liigile omane geneetiline materjal.

2. MOLEKULAARGENEETIKA J. Watson ja Fr. Crick 1953: DNA on biheeliks! GENOTÜÜP – organismi kõik geenid ühes rakus, st. eeskiri, kuidas seda organismi üles ehitada. FENOTÜÜP – organismi kõik tunnused ehk see, milline organism tegelikult kujunes. Fenotüübi kujunemist määrab lisaks geenidele ka keskkond.

3. Keskkond kas soodustab või pidurdab geenide poolt määratud tunnuste väljakujunemist. Suured marjad maasikal? Lehmal palju piima? Suurepärased sportlikud tulemused? Kopsuvähk? Alkoholism? Ülekaalulisus? Pidev külmetushaiguste põdemine? Intelligentsil ja spordil on lineaarne seos vt Imeline teadus 9/2012 lk 25 - 33

4. Molekulaargeneetilised põhiprotsessid Valk RNA DNA replikatsioon Replikatsioon – DNA süntees Transkriptsioon – RNA süntees Translatsioon - valgusüntees Väga palju häid animatsioone! Vaata kindlasti!

5. Replikatsioon Transkriptsioon Translatsioon Valk

6. Sissejuhatuseks vaata: transkriptsiooni ja translatsiooni animatsioonid: www.johnkyrk.com

7. DNA replikatsioon DNA replikatsiooni animatsioon väga täpselt ja hästi LisalugemineJa siin on väga detailne Power Point esitlus eesti keeles: http://www.ebc.ee/GENEETIKA/loengud/Presentation09.pdf

8. DNA replikatsioon http://dna.microbiologyguide.com/526-biological-replication-dna-splitting/ See teos on litsentseeritud Creative Commonsi Autorile viitamine + Mitteäriline eesmärk + Jagamine samadel tingimustel 3.0 litsentsiga.

9. Lisalugemiseks DNA replikatsioon DNA replikatsioon algab diskreetsetes kohtades, mida nimetatakse replikatsiooni alguspunktis (origin of replication) ja kulgeb bidirektsionaalselt, tekivad replikatsiooni mullid Struktuur, mis moodustub sünteesilookuse juures, kus 2-ahelaline DNA läheb üle 1-ahelaliseks, kannab nimetust replikatsiooni kahvel Replikatsiooni kahvleid jälgis esimesena 1950 aastate lõpul John Cairns toimub initsiatsioon mitmes lookuses. Replikatsioon kulgeb bidirektsionaalselt

10. Lisalugemiseks: Kromosomaalse DNA replikatsioon on paljude ensüümide osalusel toimuv kompleksne protsess: Helikaas ATP sõltuv DNA kaksikheeliksi lahtiharutamine DNA güraas DNA topoloogia muutmine SSB valgud Üksikahelalise DNA stabiliseerimine Primaas RNA praimeri süntees DNA polIII replikatiivne polümeraas DNA polI RNA praimeri eemaldamine ja tühiku täissüntees DNA ligaas Viimase Okazaki fragmentide vahelise fosfoestri süntees

11. RNA süntees ehk transkriptsioon DNA-kaksikahel keeratakselokaalseltlahti. RNA-polümeraassünteesib DNA järjestusealuselkomplementaarse RNA järjestuse. Süntees toimub 5'-3' suunas. Sünteesitud RNA vabaneb DNA-lt.

12. Transkriptsioon lähemalt http://ehumanbiofield.wikispaces.com/DNA+biology+DB

14. Geeni ehitus GEEN Promootor RNA sünteesipiirkond Terminaator Vaata transkriptsiooni toimumist lihtne selge animatsioon: http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/transcription.swf

15. TRANSKRIPTSIOONRNA sünteesitakse komplementaarsuse alusel. Transkriptsiooni viib läbi ensüümRNA-polümeraas. DNA RNA A -------- U T ------- A G ------ C C ------ G

16. RNA-polümeraas seostub promootoriga, harutab DNA biheeliksi lahti, sünteesib RNA. Terminaatoril polümeraas vabaneb. RNA on valmis.

17. Jutusta, mis toimub Jutusta, mis toimub

18. Lisalugemine: Transkriptsiooni alustavad transkriptsiooniaktorid(ensüümid), neid on palju, igal neist on oma ülesanne ja erinevatel geenidel töötavad sageli ka erinevad. Näide:

19. DNA ühe ahela nukleotiidjärjestus ehk lämmastikaluste järjestus on: TTGTTGTTGCAATATATATCG Milline on DNA teise ahela järjestus? AACAACAACGTTATATATAGC Milline on sellelt ahelalt sünteesitava RNA nukleotiidjärjestus; kui lugemise aluseks võetakse esimene ahel? AACAACAACGUUAUAUAUAGC

20. Kõigilt geenidelt ei toimu kogu aeg transkriptsioon. Geeni avaldumine – kui geenilt toimub transkriptsioon, siis see on geeni avaldumine, sest tekib vastav valk. On geene, mis avalduvad • alati kõigis rakkudes …? • kindla koe rakkudes …? • teatud eluetapil …? • mitte kunagi …?

21. LisalugemineRNA järeltöötlemine - modifitseerimine Selleks et RNA võtaks küpse vormi, on vajalikud spetsiifilised modifikatsioonid RNA struktuuris, mis sõltuvad konkreetsest RNA tüübist. ProkarüootsemRNA-l ei ole need ulatuslikud Eukarüootides toimuvad järgmised protsessid: a) Mütsistamine ehk Capping–preRNA otsa töötlemine b) polü(A) lisamine – preRNA otsa töötlemine c) splaising – intronite välja lõikamine ja eksonite liitmine Pre-mRNA modifitseerimine toimub eukarüootse raku tuumas

22. Lisalugemine Capping ehk mütsistamine mRNA 5´ otsa modifitseerimine Hüdrolüütiliselt eemaldatakse 5´terminaalse trifosfaadi koosseisust terminaalne fosfaat Guanosiin trifosfaadist liidetakse 5´otsa GMP, nii et tekib 5´-5´trifosfaat Guaniini lämmastikalus metüleeritakse N7 positsioonist Täiendavalt võidakse metüleerida riboosi jääk hüdroksüülrühmast

23. Lisalugemine Polü(A) lisamine 3´otsa modifikatsioon Enamus küpsetest mRNAdest sisaldab 3´otsas 20-250 nt pikkust polü(A) saba Esiteks eemaldab eksonukleaas primaarsest transkriptist mõne nukleotiidi Adeniini jäägid lisatakse polüadenüül polümeraasi poolt Polü(A) saba funktsioon arvatakse olevat mRNA stabiilsuse tagamine, kaitse raku nukleaaside hüdrolüütilise toime eest

24. LisalugemineSplaising Splaising on seotud taimede, loomade ja seente geeniekspressiooniga. Bakterites seda ei toimu. Eukarüootsetessisaldab geen lõike - introneid, mis ei oma geneetilist informatsiooni ja mis lõigatakse splaisingu käigus mRNA koosseisust välja. Intronidlähevad lagundamisele. Eksonidon need geeni lõigud, mis kodeerivad aminohappeid valgu koostisesse ja pärast intronite väljalõikamist liidetakse need ligaaside (ensüümid) abil küpseks mRNA-ks.

25. Lisalugemine Intronite eemaldamine - splaising Eksonid – pre-mRNAkodeerivad fragmendid Intronid – pre-mRNAmittekodeerivad fragmendid

26. Splaising See teos on litsentseeritud Creative Commonsi Autorile viitamine + Mitteäriline eesmärk + Jagamine samadel tingimustel 3.0 litsentsiga.

27. Splaising Kuna eksoneid saab omavahel liita erinevas järjekorras, siis on võimalik ühelt geenilt saada mitmeid erinevaid valgumolekule – seda nimetatakse alternatiivseks spalisinguks. Kõik RNA protsessingu etapid toimuvad rakutuumas. Küps mRNA liigub Läbi tuumapooride tsütoplasmasse.

28. Vaata bakterites ja eukarüootides toimuva erinevust

29. Lisalugemine Ka tRNA modifitseeritakse, enne kui ta valmis saab. Pre-tRNA modifitseerimine RNA molekuli otste spetsiifiline lühendamine Intronite eemaldamine splaisingu teel Terminaalsete järjestuste lisamine Heterotsükliliste aluste modifitseerimine

30. LisalugemineTranskriptsiooni regulatsioon Rakus ei tohi kõik geenid avalduda, sest siis kuhjuksid mittevajalikud valgud. Võimalikud mehhanismid, kuidas reguleeritakse geenide avaldumist on: 1. Histoonide modifitseerimine 2 . DNA metüleerimine. 3. Transkriptsioonifaktorite aktiveerimine (sageli fosforüleerimise kaudu)

31. Lisalugemine: Histoonide modifitseerimine Atsetüleeritud histooni positiivne laeng väheneb, DNA-ga interaktsioon nõrgeneb, geen muutub transkriptsioonifaktoritele kättesaadavaks, algab RNA süntees.

32. Translatsioon ehk valgusünteesKuidas RNA abil valku tehakse? GENEETILINE KOOD on võti: 3 järjestikulist mRNA nukleotiidi (moodustavad ühe koodoni) määravad ühe kindla aminohappe valgumolekuli koostisesse. AUG CCG AAG GCA UCA - mRNA Met - Pro – Lys – Ala – Ser - valgu primaar- struktuur

33. Geneetiline kood http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Codons_aminoacids_table.png

34. Geneetiline kood

35. Geneetiline kood

36. Geneetilise koodi omadused • Ühetähenduslik – • Sünonüümne – • Mittekattuv – • Universaalne – Translatsioon aeglaselt ja selgelt: http://www.youtube.com/watch?v=1PSwhTGFMxs&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=Jml8CFBWcDs&feature=related

37. Translatsioon - valgusüntees Vaata translatsiooni ilma hääleta, väga hea! • Toimub ribosoomis. • Osalevad mRNA, tRNA ja rRNA. • mRNA seostub ribosoomiga. • Translatsioon algab alguskoodoniga AUG. • Komplementaarse antikoodoniga tRNA toob esimese (kindla) aminohappe ribosoomi. Teine tRNA mahub ka koos oma aminohappega ribosoomi. • Kahe aminohappe vahele tekib tugev peptiidside • Translatsioon lõpeb stoppkoodonitega. Vaata! http://www.youtube.com/watch?v=5bLEDd-PSTQ&feature=related http://www.johnkyrk.com/golgiAlone.html

38. Veel üks hea animatsioon: http://www.youtube.com/watch?v=1PSwhTGFMxs&feature=related

39. tRNAd toovad aminohappeid vastavalt mRNA-s sisalduvale eeskirjale tRNA Aminohape Kasvav valgumolekul

40. Nii see käib:Jälgi liikumist!

41. Polüsoom: Et sünteesida palju valgumolekule, seostub üks mRNA paljude ribosoomidega.

42. Polüsoom

43. Translatsioonil saab valmis ainult valgu primaarstruktuur Kõrgemat järku struktuurid omandab ta Golgi kompleksis. Alles siis saab valgu-molekul “tööle hakata”. Golgi kompleksist eralduvad valmis valgu-molekulidega põiekesed- lüsosoomid. Vaata! http://www.johnkyrk.com/golgiAlone.html

44. Kordav slaid Translatsioonijärgsed modifikatsioonid Enamik polüpeptiide teevad pärast nende primaarstruktuuri kokkupanemist läbi mitmeid modifikatsioone, mille tulemusel nad muutuvad oma, spetsiifilist ülesannet täitvateks valkudeks. Modifitseerimine toimub esialgu Tsütoplasmavõrgusti- kul (ER) ja hiljem Golgi kompleksis. http://jpkc.scu.edu.cn/ywwy/zbsw(E)/edetail7.htm

45. 5. Valgusünteesi regulatsioonist Võimalusi on väga palju toome mõned näited: 1. Rakkude omavaheline signaliseerimine Üks rakutüüp eukarüootses organismis võib saata teistele signaale hormoonide sekretsiooni kaudu. 2. Eukarüootide geeniavaldumine on reguleeritud histoonide modifitseerimise, DNA metüleerimise ja transkriptsiooni-faktoriteaktiveerimise kaudu nagu ka bakteritel, millest oli juttu juba eespool. http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/AVC/BioInfo/VCB_BioInfo_HP.html

46. 3. Regulaatorgeenide abil - sageli seotud tandeemselt struktuurgeeniga: http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/AVC/BioInfo/VCB_BioInfo_HP.html

47. 4. Transkriptsiooni reguleerib repressorvalk, mis "istub" promootoril ja ei lase RNA-polümeraasil seostuda - peamiselt bakteritel. Päristuumsetel reguleerivad transkriptsioonifaktorid. Vaata, kuidas saabub signaal, et alustada transkriptsiooni: http://www.youtube.com/watch?v=tMMrTRnFdI4&feature=related

48. Aktivaatori seostumisel repressorvalk vallandub promootorilt ja RNA-polümeraas asub tööle repressorvalk aktivaator

49. 5.Translatsioon lakkab, kui mRNAhävib – ensüümid lõhuvad nukleotiidideks. Lisalugemine mRNA eluiga mõjutavad polü-A saba olemasolu (ilma polü-A-tamRNA-d on väga lühiealised) ja 3’ mittetransleeritavad regioonid (UTR). Osadel lühiealistel mRNA molekulidel on järjestus AUUUA 3’ mittetransleeritavas alas paljudes kordustes. Kui selline kordus viia stabiilsele mRNA-le, muutub ka see ebastabiilseks.

50. Lisalugemine Paarikümne nukleotiidi pikkused mikro-RNA-d (miRNA) reguleerivad valgusünteesi selle peatamise kaudu. Inimesel on teada üle tuhande erineva miRNA. Kuidas on võimalik, et igal mRNA-l on paljude miRNA-de seondumiskohad ning iga miRNA võib omakorda seonduda paljude mRNA-dega? Kuna mRNA omab molekuli alguses ja lõpus piirkondi, mis ei tegele valkude kodeerimisega, siis saavad miRNA-d seonduda just nende RNA molekuli osadega. • “Inimese genoom kümme aastat hiljem”, Ülo Maiväli, Horisont 3/2011, lk 11 – 17