Inżynieria genetyczna, Ćwiczenia z Inżynieria genetyczna

Pobierz Inżynieria genetyczna i więcej Ćwiczenia w PDF z Inżynieria genetyczna tylko na Docsity!

Inżynieria genetyczna

Wykład 1: makromolekuły biologiczne

Tymon Rubel

Zakład Elektroniki Jądrowej i Medycznej

Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych PW

Makromolekuły biologiczne

Makromolekuły biologiczne

Makromolekułami (makrocząsteczki)

Makromolekułami (makrocząsteczki) określa się bardzo duże cząsteczki chemiczne,

określa się bardzo duże cząsteczki chemiczne,

złożone z więcej niż tysiąca atomów. Często mają one postać

złożone z więcej niż tysiąca atomów. Często mają one postać polimerów

polimerów powstałych

powstałych

w wyniku łączenia (polimeryzacji) jednego lub kilku rodzajów mniejszych jednostekw wyniku łączenia (polimeryzacji) jednego lub kilku rodzajów mniejszych jednostek

podstawowych, czyli

podstawowych, czyli monomerów

monomerów .

Dla życia w znanej nam postaci podstawowe znaczenie mają 4 grupy makromolekuł:

Dla życia w znanej nam postaci podstawowe znaczenie mają 4 grupy makromolekuł:



węglowodany;

węglowodany;



lipidy;

lipidy;



kwasy nukleinowe;

kwasy nukleinowe;



białka.

białka.

W zakresie zainteresowania inżynierii genetycznej pozostają przede wszystkim dwa

W zakresie zainteresowania inżynierii genetycznej pozostają przede wszystkim dwa

rodzaje biopolimerów:

rodzaje biopolimerów: kwasy nukleinowe (zbudowane z nukleotydów)

kwasy nukleinowe (zbudowane z nukleotydów) oraz

oraz białka

białka

(składające się aminokwasów)

(składające się aminokwasów) .

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) jest liniowym, nierozgałęzionym polimerem

jest liniowym, nierozgałęzionym polimerem

złożonym z czterech rodzajów

złożonym z czterech rodzajów deoksyrybonukleotydów

deoksyrybonukleotydów .

Elementami składowymi każdego z deoksyrybonukleotydów są:

Elementami składowymi każdego z deoksyrybonukleotydów są:



2'-deoksyryboza

2'-deoksyryboza (cukier prosty o pięciu atomach węgla, czyli tzw. pentoza);

(cukier prosty o pięciu atomach węgla, czyli tzw. pentoza);



grupa fosforanowagrupa fosforanowa (złożona z jednej, dwóch lub trzech reszt fosforanowych);(złożona z jednej, dwóch lub trzech reszt fosforanowych);

22 ''

11 ''

4' 4'

3' 3'

5'

5'



jedna z czterech

jedna z czterech zasad azotowych

zasad azotowych .

Zasady purynowe

Zasady purynowe

Adenina (A)

Adenina (A)

Guanina (G)

Guanina (G)

Tymina (T)

Tymina (T)

Cytozyna (C)

Cytozyna (C)

Zasady pirymidynowe

Zasady pirymidynowe

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): nukleotydy

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): nukleotydy

2'-deoksyguanozyna (deoksyrybonukleozyd G)2'-deoksyguanozyna (deoksyrybonukleozyd G)

Cząsteczka złożona z cukru i zasady azotowej (w tym przykładzie guaniny) nazywa

Cząsteczka złożona z cukru i zasady azotowej (w tym przykładzie guaniny) nazywa

się

się nukleozydem

nukleozydem .

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): nukleotydy

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): nukleotydy

2'-deoksyguanozyno-5'-monofosforan (deoksyrybonukleotyd G, dGMP) 2'-deoksyguanozyno-5'-monofosforan (deoksyrybonukleotyd G, dGMP)

W wyniku przyłączenia reszty fosforanowej do nukleozydu powstaje nukleotyd.

W wyniku przyłączenia reszty fosforanowej do nukleozydu powstaje nukleotyd.

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): łańcuchy polinukleotydowe

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): łańcuchy polinukleotydowe

Łańcuch polinukleotydowy

Łańcuch polinukleotydowy powstaje dzięki

powstaje dzięki wiązaniom fosfodiestrowym

wiązaniom fosfodiestrowym łączącym

łączącym

atomy węgla 5' i 3' deoksyrybozy sąsiednich nukleotydów.

atomy węgla 5' i 3' deoksyrybozy sąsiednich nukleotydów.

Łańcuch ma dwa różne końce

Łańcuch ma dwa różne końce :

koniec 5'

koniec 5' (z grupą fosforanową)

(z grupą fosforanową)

koniec 3'

koniec 3' (z grupą hydroksylową

(z grupą hydroksylową)

Tym samym może on mieć dwie

Tym samym może on mieć dwie

różne orientacje

różne orientacje :

od końca 5' do końca 3'

od końca 5' do końca 3' (

od końca 3' do końca 5' (od końca 3' do końca 5' (3'3' →→ 5'5'))

Koniec 5'

Koniec 5'

Koniec 3'

Koniec 3'

Wiązanie fosfodiestrowe

Wiązanie fosfodiestrowe

A

A

C

C

T

T

G

G

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): łańcuchy polinukleotydowe

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): łańcuchy polinukleotydowe

Łańcuch polinukleotydowy

Łańcuch polinukleotydowy powstaje dzięki

powstaje dzięki wiązaniom fosfodiestrowym

wiązaniom fosfodiestrowym łączącym

łączącym

atomy węgla 5' i 3' deoksyrybozy sąsiednich nukleotydów.

atomy węgla 5' i 3' deoksyrybozy sąsiednich nukleotydów.

Łańcuch ma dwa różne końce

Łańcuch ma dwa różne końce :

koniec 5'

koniec 5' (z grupą fosforanową)

(z grupą fosforanową)

koniec 3'

koniec 3' (z grupą hydroksylową

(z grupą hydroksylową)

Tym samym może on mieć dwie

Tym samym może on mieć dwie

różne orientacje

różne orientacje :

od końca 5' do końca 3'

od końca 5' do końca 3' (

od końca 3' do końca 5' (od końca 3' do końca 5' (3'3' →→ 5'5'))

Sekwencja zasad zapisywana

Sekwencja zasad zapisywana

jest w kierunku

jest w kierunku 5'

(koniec 5')(koniec 5') AACCTTGG (koniec 3')(koniec 3')

Koniec 5'

Koniec 5'

Koniec 3'

Koniec 3'

Wiązanie fosfodiestrowe

Wiązanie fosfodiestrowe

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): dwuniciowa helisa DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): dwuniciowa helisa DNA

Cząsteczki DNA najczęściej występują w postaci

Cząsteczki DNA najczęściej występują w postaci dwuniciowej helisy

dwuniciowej helisy .

Francis Crick

Francis Crick

Maurice Wilkins

Maurice Wilkins

Rosalind Franklin Rosalind Franklin

[www.wikipedia.org][www.wikipedia.org]

James Watson

James Watson

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): dwuniciowa helisa DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): dwuniciowa helisa DNA

Nici polinukleotydowe (pasma) w podwójnej helisie DNA ułożone są antyrównolegle

Nici polinukleotydowe (pasma) w podwójnej helisie DNA ułożone są antyrównolegle

(jedna biegnie w kierunku 5'

(jedna biegnie w kierunku 5' →

druga w kierunku 3'

druga w kierunku 3' →

Cukrowo-fosforanowe części nukleotydów tworzą zewnętrzny szkielet helisy. Zasady

Cukrowo-fosforanowe części nukleotydów tworzą zewnętrzny szkielet helisy. Zasady

skierowane są do wewnątrz, a wiązania wodorowe pomiędzy nimi łączą obie nici.skierowane są do wewnątrz, a wiązania wodorowe pomiędzy nimi łączą obie nici.

Wiązania wodorowe

Wiązania wodorowe

Para zasad

Para zasad

Szkielet cukrowo- Szkielet cukrowo-

fosforanowy

fosforanowy

[T. A. Brown:[T. A. Brown: GenomyGenomy. PWN, 2009]. PWN, 2009]

5'5' 3'3'

Guanina (G)Guanina (G) – – Cytozyna (C)Cytozyna (C)

Adenina (A) Adenina (A) – – Tymina (T)Tymina (T)

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): komplementarność par zasad

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): komplementarność par zasad

Oba łańcuchy podwójnej helisy połączone są

Oba łańcuchy podwójnej helisy połączone są wiązaniami wodorowymi pomiędzy

wiązaniami wodorowymi pomiędzy

komplementarnymi parami zasad azotowych:

komplementarnymi parami zasad azotowych:



adenina łączy się z tyminą

adenina łączy się z tyminą ,



guanina łączy się z cytozyną

guanina łączy się z cytozyną .

Nici DNA mogą ulec rozdzieleniu (

Nici DNA mogą ulec rozdzieleniu ( denaturacji

denaturacji )

pod wpływem wysokiej temperatury

pod wpływem wysokiej temperatury

(około 80-

(około 80- °

C) lub czynników chemicznych.

C) lub czynników chemicznych.

Po usunięciu czynnika denaturującego następuje

Po usunięciu czynnika denaturującego następuje hybrydyzacja (renaturacja)

hybrydyzacja (renaturacja) , czyli

, czyli

samoistne łączenie się nici,

samoistne łączenie się nici, w sposób zgodny z regułami komplementarności

w sposób zgodny z regułami komplementarności .

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): komplementarność par zasad

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA): komplementarność par zasad

Denaturacja

Denaturacja

Hybrydyzacja Hybrydyzacja

Inżynieria genetyczna

Wykład 1: kwasy nukleinowe (RNA)

Tymon Rubel

Zakład Elektroniki Jądrowej i Medycznej

Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych PW

RYBOZA (RNA)

RYBOZA (RNA)

TYMINA (DNA)

TYMINA (DNA) URACYL (RNA)URACYL (RNA)

Kwas rybonukleinowy (RNA)

Kwas rybonukleinowy (RNA) jest polinukleotydem o strukturze podobnej do DNA,

jest polinukleotydem o strukturze podobnej do DNA,

jednak z dwoma wyjątkami:

jednak z dwoma wyjątkami:



cukrem wchodzącym w skład rybonukleotydów jestcukrem wchodzącym w skład rybonukleotydów jest rybozaryboza, a nie deoksyryboza;, a nie deoksyryboza;



występującą w DNA tyminę (T) zastępuje

występującą w DNA tyminę (T) zastępuje uracyl (U)

uracyl (U) , zasada pirymidynowa, która

, zasada pirymidynowa, która

może tworzyć parę komplementarną z adeniną (A).

może tworzyć parę komplementarną z adeniną (A).

Kwas rybonukleinowy (RNA)

Kwas rybonukleinowy (RNA)

DEOKSYRYBOZA (DNA)

DEOKSYRYBOZA (DNA)