20. lekcija. Molekulārā ģenētika.

1. Studiju kurssBioloģija (nebiologiem) BloksŠūnas bioloģija, bioķīmija, ģenētika 20. lekcija. Molekulārā ģenētika. Māris Lazdiņšlazda@latnet.lv LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

2. Molekulāri - ģenētiskie procesi šūnā DNS mRNS proteīni Replikācija (DNS sintēze) transkripcija (RNS sintēze) translācija (proteīnu sintēze)

3. 5’ Vien- pavediena DNS - tetra- nukleotīds C C C A 3’

4. Bāzu komplementaritāte Adenīns (A) Timīns (T)

5. Bāzu komplementaritāte Guanīns (G) Citidīns (C)

6. Bāzu komplementaritāte

7. 5’ DNS sintēze OH 3’ 5’ Katalizē DNS atkarīgā DNS polimerāze Nepieciešami dNTP (dezoksinukleozīdtrifosfāti) : (dATP, dCTP, dGTP, dTTP) OH 3’

8. 5’ DNS sintēze O OH 3’ Enzīms - DNS polimerāze katalizē fosfodiestera saites veidošanos. Jaunsintezētais DNS pavediens in vivo vienmēr pagarinās 5` -> 3` virzienā.

9. DNS sintēze Dezoksinukleozīdu trifosfāti Fosfodiestersaites Matrices DNS A A A G T T C C A G T C A G C G T C G CAGGCTTCATAGCTCCT C G ||| || ||| ||| ||| || || ||| || || || ||| ||| || ||| ||| || | | ||| GTCCGAAGTATCGAGGAAGCTCCGTA T G T C C A

10. DNS sintēze 5` -C-OH 3` 3`-ACGTACGTACGTACGTACGTACGT-5` matrice RNS praimeris (ierosa) 5`-UGCAUGCA-OH 3` 3`-ACGTACGTACGTACGTACGTACGT-5` matrice

11. DNS replikācija (DNS sintēze) Nepieciešams: - vienpavediena (vp.) DNS matrice, - dNTP, - DNS atkarīgā DNS polimerāze, - praimeris (ierosa) - sapārots NS posms ar brīvu 3'OH grupu.

12. DNS replikācija (DNS sintēze) Par praimeri kalpo 10 - 20 nukleotīdus gara RNS molekula, kuru sintezē īpašs enzīms - praimāze - - DNS atkarīga RNS polimerāze.

13. DNS replikācija Sākas no specifiskas vietas ko sauc par ORI. Šajā vietā satiekas molekulas - replikācijas kompleksa sastāvdaļas. 1. Helikāze atdala abus DNS pavedienus, veidojot vienpavediena (vp.) matrices; 2. vp. DNS saistītājproteīni nodrošina DNS pastāvēšanu vienpavediena formā;

14. DNS replikācija 3. Praimāze katalizē RNS praimeru sintēzi; 4. DNS polimerāze katalizē jauna DNS pavediena sintēzi; 5. Izveidojusies replikācijas dakša pārvietojas pa DNS molekulu visā tās garumā, kā rezultātā uz katra DNS matrices pavediena sintezējas jauns DNS pavediens;

15. DNS replikācija 5. Cita DNS polimerāze RNS praimerus aizstāj ar DNS posmiem; 6. Palikušos vienas fosfodiestera saites pārrāvumus atjauno DNS ligāze.

16. DNS replikācija

17. DNS replikācija Tā kā DNS sintēze notiek tikai 5` -> 3` virzienā, vienu DNS pavedienu iespējams sintezēt kā vienlaidus molekulu. To sauc par vadošo pavedienu. Otrs DNS pavediens tiek sintezēts DNS fragmentu veidā, kurus pēc tam apvieno DNS ligāze. To sauc par atpaliekošo pavedienu. To veidojošos DNS fragmentus - par Okazaki fragmentiem.

18. DNS replikācija

19. DNS replikācija ORI rajons DNS Replikācijas dakša

21. Molekulāri - ģenētiskie procesi šūnā DNS mRNS proteīni replikācija (DNS sintēze) transkripcija (RNS sintēze) translācija (proteīnu sintēze)

22. Transkripcija DNS informācijas kopēšana RNS molekulas veidā. Transkripcija nenotiek visā DNS garumā bet gan pa posmiem. Parasti katrs gēns tiek transkribēts atsevišķi. 1 gēns - DNS posms, kurš satur informāciju par vienu noteiktu funkcionālu molekulu (viens gēns - viena pazīme).

23. Transkripcija Transkripciju katalizē DNS atkarīga RNS polimerāze. Transkripcijas sākumu un beigas nosaka specifiski ģenētiski signāli (noteiktas nukleotīdu secības) kuri nosaka gēna sākumu un beigas. Transkripcijas sākuma signālu sauc par promoteru.

24. Transkripcija Promotera raksturīgo nukleotīdu secību atpazīst DNS atkarīgās RNS polimerāzes un uzsāk RNS sintēzi. Promoteru var saistīt arī dažādi regulatorproteīni vai nukleīnskābes, kuras regulē gēna aktivitāti. Gēna beigās atrodas terminējošās nukleotīdu secības (t), kuras sasniedzot RNS-polimerāze pārtrauc mRNS sintēzi un pamet DNS molekulu.

25. RNSpol. Transkripcija Promoters Gēna kodējošā daļa Transkripciju apturošā daļa (gēna beigas) Gēnā kodēto informāciju nesoša mRNS. t P

26. t t Pi P/Olac Transkripcijas regulācija lac operons - vajadzīgs laktozes izmantošanai baktēriju šūnā Gēni: lacZ laktozes izmantošanai nepieciešama enzīma gēns lacI represora gēns

27. Transkripcijas regulācija Pi- promoters laktozes operona represoram, ekspresija konstitutīva (neregulējama, notiek visu laiku), vāja, uztur ap 40 attiecīgo mRNS molekulu skaitu šūnā. RNSpol. t Pi lacI

28. Transkripcijas regulācija pēc mRNS tiek sintezēti represor-proteīni Uz represora mRNS (iRNS) matrices translācijas procesā sintezējas represora proteīni un veido kompleksus ... RNApol. t Pi lacI

29. RNApol. Transkripcijas regulācija ... kuri saista lac gēna operatoru un RNS polimerāze pie P/Olac nevar darboties - transkripcija nenotiek. P/Olac lacZ

30. RNApol. Transkripcijas regulācija Ja vidē parādās laktoze, ... P/Olac lacZ

31. RNApol. Transkripcijas regulācija ... tā kā induktors saistās ar represorproteīniem un represoru komplekss pamet operatoru. P/Olac lacZ

32. RNApol. Transkripcijas regulācija Notiek lacZ gēnu transkripcija, un veidojas mRNS laktozes izmantošanai nepieciešamo proteīnu sintēzei. P/Olac lacZ

33. mRNS nobriešana Eikariotu gēniem ir mozaīkas struktūra - gēna proteīnus kodējoši posmi (eksoni) mijas ar proteīnus nekodējošiem posmiem (introniem). Transkripcijā tiek kopēti gan eksoni gan introni - veidojas pre-mRNS. mRNS nobriešanas procesā intronu posmi tiek izšķelti - notiek splaisings.

34. Pre-mRNS AAAAAAAAA mRNS nobriešana Promoters Eksoni Introni Gēns Poliadenilēšana - mRNS 3` galā tiek pievienota poli(A) “aste” Transkripcija Splaisings mRNS

35. Pre-mRNS A... A... A... mRNS nobriešana Alternatīvais splaisings - dažādi sakārtojoties eksonu posmiem no vienas pre-mRNS veidojas nedaudz atšķirīgas mRNS molekulas. Alternatīvais splaisings mRNS 1mRNS 2 mRNS 3

37. Molekulāri - ģenētiskie procesi šūnā DNS mRNS proteīni replikācija (DNS sintēze) transkripcija (RNS sintēze) translācija (proteīnu sintēze)

38. Translācija Proteīnu sintēze pēc mRNS informācijas. Notiek ribosomās. Aminoskābes piegādā aminoskābes nesošas transporta RNS (tRNS) molekulas => amino-acilētas tRNS.

39. Translācija mRNS informācija tiek nolasīta pa 3 nukleotīdiem (tripletiem = kodoniem) - katrs 3 burtu vārds kodē kādu no aminoskābēm. Translācija sākas no iniciācijas kodona “AUG”, kurš kodē aminoskābi - metionīnu. Šajā vietā uz mRNS matrices apvienojas ribosomas mazā subvienība un lielā subvienība un sākas translācija.

40. Translācija Augošais proteīna pavediens Ribosomas lielā subvienība Ribosomas mazā subvienība mRNS

41. Translācija Ribosomas P-centrā atrodas peptidil-tRNS - tRNS, kurai piesaistīts jaunsintezējamā proteīna pavediens. Ribosomas A-centrā atrodas nākošajam kodonam atbilstošā aminoacil-tRNS. Translācija beidzas pie “STOP” kodoniem, kuriem neatbilst neviena tRNS (neviena aminoskābe).

42. Translācija Amino-acil tRNS tRNS antikodons Peptidil tRNS Nukleptīdu triplets = kodons

43. Kodonu tabula RNS molekulās - T vietā U

44. Kodonu tabula Apļa vidus daļā norādīts kodona pirmā nukleotīda veids; to aptverošajā lokā - kodona otrā nukleotīda veids; nākošajā lokā - kodona trešā nukleotīda veids; ārējā lokā lasams kodonam atbilstošās aminoskābes nosaukums (3 burtu saīsinājumu formā). Piemēram, no tabulas var nolasīt, ka kodons "CAT" kodē aminoskābi histidīnu (His), un viens no "Stop" kodoniem ir "TAG".

45. Translācija

46. Papildus ilustratīvais materiāls (animācijas) atrodamas šeit http://www.ccrhawaii.org/index.php/1-laboratory-introduction/14-content-overview/14c-the-biology-of-dnarna/14c-animations