Pobierz Materiał genetyczny komórki. Biosynteza białek i więcej Opracowania w PDF z Biologia tylko na Docsity!
MATERIA Ł GENETYCZNY KOMÓRKI
BIOSYNTEZA BIA Ł EK
MATERIA Ł GENETYCZNY KOMÓRKI
Informacja genetyczna - instrukcje kierujące wszystkimi funkcjami komórki lub organizmu zapisane jako określone, swoiste sekwencje nukleotydów w kwasach nukleinowych w postaci kodu genetycznego. Przekazywanie informacji genetycznej obejmuje m.in. takie procesy, jak: replikacja DNA lub RNA transkrypcja informacji genetycznej z DNA na mRNA translacja - tłumaczenie sekwencji nukleotydów mRNA na sekwencję aminokwasów w powstającym łańcuchu białka
Przep ł yw informacji genetycznej odbywa si ę w kierunku DNA RNA BIA Ł KO
Centralny dogmat genetyczny wyj ą tek: wirusy RNA
No ś nikiem informacji genetycznej s ą bardzo d ł ugie cz ą steczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C
Kod genetyczny: zasady zapisu informacji genetycznej zawartej w DNA
Kod genetyczny jest: trójkowy - 3 kolejne nukleotydy zwane kodonami w nici DNA wyznaczaj ą okre ś lony aminokwas w bia ł ku niejednoznaczny (zdegenerowany) - 4 rodzaje zasad azotowych (A, T, C, G) tworz ą 64 ró ż ne kodony (43=64), z których 61 odpowiada aminokwasom, a 3 s ą kodonami terminacyjnymi (nonsensownymi), ko ń cz ą cymi translacj ę ; jeden aminokwas mo ż e by ć wyznaczony przez wi ę cej ni ż 1 kodon bezprzecinkowy – nie ma ż adnych sygna ł ów oddzielaj ą cych jeden kodon od drugiego niezachodz ą cy - trójki zasad odczytywane s ą kolejno od kodonu inicjacyjnego i nie zachodz ą na siebie uniwersalny - te same kodony wyznaczaj ą takie same aminokwasy u wszystkich organizmów pro- i eukariotycznych PRZEKAZYWANIE INFORMACJI GENETYCZNEJ
Replikacja DNA Transkrypcja Translacja Cz ą steczka DNA tworzy dwuniciow ą helis ę z ł o ż on ą z dwóch komplemetarnych ł a ń cuchów nukleotydowych utrzymywanych razem za pomoc ą wi ą za ń wodorowych łą cz ą cych w pary A z T oraz G z C. Ka ż dy ł a ń cuch DNA wykazuje polarno ść chemiczn ą wynikaj ą c ą ze sposobu wi ą zania si ę na przemian cukrów i fosforanów w ł a ń cuchy cukrowo-fosforanowe. Ł a ń cuchy w cz ą steczce DNA s ą u ł o ż one antyrównolegle, to znaczy przbiegaj ą przeciwnie.
Cz ą steczka DNA jest podwajana (replikowana) poprzez polimeryzacj ę nowych ł a ń cuchów na matrycy, któr ą jest ka ż dy ze starych ł a ń cuchów helisy. ł ac. replicatio - powtórzenie Replikacja DNA jest semikonserwatywna - ka ż da z nowo powsta ł ych cz ą steczek o strukturze podwójnego heliksu zbudowana jest z jednej nici starej (pochodz ą cej z cz ą steczki ulegaj ą cej replikacji) oraz z jednej nici nowo zsyntetyzowanej. Etapy replikacji DNA Inicjacja Elongacja Terminacja
INICJACJA Replikacja DNA rozpoczyna si ę w specyficznym miejscu cz ą steczki DNA zwanym miejscem inicjacji replikacji („ori” - ang, origin - pocz ą tek) genom prokariotyczny - jedno miejsce ori genom eukariotyczny - wiele miejsc ori (np. u cz ł owieka - 10 000) W miejscu ori wi ążą si ę bia ł ka inicjuj ą ce powoduj ą ce lokalne rozplecenie dwuniciowej helisy DNA Rozpocz ę cie replikacji w miejscu ori wymaga syntezy krótkich odcinków RNA, tzw. starterów (1-60 nukleotydów), które s ą nast ę pnie usuwane i zast ę powane odcinkami DNA Nowe ł a ń cuchy DNA s ą tworzone w wide ł kach replikacyjnych
ELONGACJA Replikacja jest dwukierunkowa - przebiega jednocze ś nie na obu niciach Nowe ł a ń cuchy DNA s ą syntetyzowane tylko w kierunku od ko ń ca 5’ do ko ń ca 3’ Wide ł ki replikacyjne s ą asymetryczne: Wyd ł u ż anie jednej z nici odbywa si ę zgodnie z ruchem wide ł ek replikacyjnych, w sposób ci ą g ł y - powstaje ni ć wiod ą ca (prowadz ą ca) Wyd ł u ż anie drugiej nici odbywa si ę w kierunku przciwnym do ruchu wide ł ek replikacyjnych, w sposób nieci ą g ł y - powstaj ą fragmenty Okazaki, a po ich po łą czeniu - ni ć opó ź niona
Replikacja DNA wymaga wspó ł dzia ł ania wielu bia ł ek (ok. 20), tworz ą cych wieloenzymatyczny aparat replikacyjny umiejscowiony w wide ł kach replikacyjnych, który katalizuje syntez ę DNA. helikaza - rozplata helikaln ą struktur ę DNA prymaza - syntetyzuje krótkie odcinki RNA - startery polimeraza DNA - syntetyzuje nowe nici DNA i koryguje poprawno ść wbudowania nowych nukleotydów bia ł ka wi ążą ce jednoniciowy DNA - łą cz ą si ę z rozplecionymi ł a ń cuchami DNA i przeciwdzia ł aj ą ich ponownemu po łą czeniu Inne bia ł ka uczestnicz ą ce w replikacji: nukleaza DNA - usuwa startery ligaza DNA - łą czy fragmenty Okazaki naprawcza polimeraza - dobudowuje DNA w miejsce usuni ę tych starterów
p ę tla T p ę tla D p ę tla zmienna (dodatkowa ) odcinki dwuniciowe tworzące ramiona: rami ę akceptorowe zakończone jest sekwencją CCA, do której przyłącza się aminokwas
Rybosomy - submikroskopowe struktury o średnicy 20-32 nm, zbudowane z białek (35%) i rybosomowych kwasów nukleinowych rRNA (65%), służące do syntezy białek. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek różniących się składem, masą i wymiarami: podjednostka większa L, 60S (2/3 masy rybosomu) podjednostka mniejsza S, 40S (1/3 masy rybosomu) Podjednostki rybosomów tworzone są w jąderku i transportowane przez pory w błonie jądrowej do cytoplazmy, gdzie łączą się ze sobą. Integralność rybosomu zapewniają jony Mg2+ (2% masy rybosomu). W komórce występują pojedynczo lub tworzą zespoły zwane polisomami (polirybosomami). Rybosomy występują w stanie wolnym w cytoplazmie lub są osadzone na błonach endoplazmatycznego reticulum.
Rybosomy posiadają trzy miejsca aktywne: A - miejsce akceptorowe = aminoacylowe = aminokwasowe - służące do przyłączenie aminoacylo-tRNA P - miejsce donatorowe = peptydylowe - warunkujące przyłączenie inicjatorowego tRNA, lub peptydylo-tRNA E - miejsce wyjścia (ang. exit ) - przeznaczone dla deacylowanego tRNA, który po oddaniu aminokwasu opuszcza rybosom i przechodzi do cytozolu
SYNTEZA Ł A Ń CUCHA POLIPEPTYDOWEGO Inicjacja Elongacja Terminacja INICJACJA Mniejsza jednostka rybosomu i inicjatorowy tRNA (formylometionylo-tRNA) rozpoznają w mRNA miejsce, od którego rozpocznie się synteza polipeptydu - miejsce P W rezultacie procesu inicjacji powstaje rybosom z przyłączonym do niego mRNA i fMet-tRNA, funkcjonalnie przygotowany do procesu elongacji. ELONGACJA
- polega na przyłączaniu aminokwasów i tworzeniu wiązań peptydowych (Prokariota: 20 aminokwasów/sek., Eukariota: 2-5 a./sek.) Etapy elongacji: wprowadzenie aa-tRNA w miejsce A i związanie go z odpowiednim kodonem na mRNA synteza wiązania peptydowego pomiędzy resztami aminokwasów, których tRNA są ustawione w miejscach P i A rybosomu; tRNA odłącza się od fMet, zwalniając miejsce P translokacja - przemieszczenie fMet-aa-tRNA z miejsca A do miejsca P i przesunięcie mRNA o trzy nukleotydy w kierunku 5’ - następny kodon zostaje ustawiony pod miejscem A
TERMINACJA
- zakończenie syntezy białka zachodzi wówczas, gdy w miejsce A rybosomu przesunie się jeden z kodonów stop (nonsensownych): UAA, AGA, UAG, ponieważ żaden z aa-tRNA nie posiada antykodonu komplementarnego do nich. Odłączony peptyd opuszcza rybosom, który rozpada się na podjednostki z równoczesnym uwolnieniem mRNA i tRNA.
POTRANSLACYJNE PRZEKSZTA Ł CENIA BIA Ł EK Modyfikacje fizyczne - skracanie łańcucha polipeptydowego Modyfikacje chemiczne - zmiany aminokwasów w łańcuchu fosforylacja (przyłączanie reszt kwasu ortofosforowego) acetylacja (przyłączanie grupy acetylowej CH3COO-) metylacja (przyłączanie grupy metylowej CH3-) hydroksylacja (przyłączanie grupy hydroksylowej OH-) glikozylacja (przyłączanie reszt cukrowych) prenylacja (przyłączanie cząsteczek lipidów) glipacja (przyłączanie reszt glikolipidowych)
MIEJSCE SYNTEZY I PRZEZNACZENIE BIA Ł EK Rybosomy wolne - białka pozostają w cytoplazmie lub są włączane do organelli Są to: rozpuszczalne białka cytozolu (np. enzymy glikolizy) białka zewnętrznej powierzchni błon komórkowych białka mitochondriów i chloroplastów kodowane przez jądrowy DNA białka macierzy peroksysomów i glioksysomów Rybosomy zwi ą zane z reticulum endoplazmatycznym - białka kierowane są do wnętrza reticulum i aparatu Golgiego, gdzie podlegają przekształceniom potranslacyjnym, a następnie wydzielane na zewnątrz komórki, wbudowywane w błony komórkowe lub transportowane do lizosomów Są to: białka integralne błony komórkowej białka błon wewnątrzkomórkowych, w tym białka ER białka wydzielane przez komórkę (białka sekrecyjne) enzymy lizosomowe enzymy aparatu Golgiego
