LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Studiju kurss Bioloģija (nebiologiem) Bloks Šūnas bioloģija, bioķīmija, ģenētika 20. lekcija. Molekulārā ģenētika. Māris Lazdiņš LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra 26.11.2014.

Molekulāri - ģenētiskie procesi šūnā DNS mRNS proteīni Replikācija (DNS sintēze) transkripcija (RNS sintēze) translācija (proteīnu sintēze) 26.11.2014.

5’ Vien- pavediena DNS - tetra- nukleotīds C C C A 3’ 26.11.2014.

Heterociklisko bāzu komplementaritāte Adenīns (A) Timīns (T) 26.11.2014.

Heterociklisko bāzu komplementaritāte Guanīns (G) Citidīns (C) 26.11.2014.

Heterociklisko bāzu komplementaritāte 26.11.2014.

DNS sintēze 5’ 3’ 5’ Katalizē DNS atkarīgā DNS polimerāze OH 3’ 5’ Katalizē DNS atkarīgā DNS polimerāze Nepieciešami dNTP (dezoksinukleozīdtrifosfāti) : (dATP, dCTP, dGTP, dTTP) OH 3’ 26.11.2014.

5’ DNS sintēze O OH 3’ Enzīms - DNS polimerāze katalizē fosfodiestera saites veidošanos. Jaunsintezētais DNS pavediens in vivo vienmēr pagarinās 5` -> 3` virzienā. 26.11.2014.

DNS sintēze A A A T G T C C A G C T A G C G T C G CAGGCTTCATAGCTCCT C Dezoksinukleozīdu trifosfāti Fosfodiestersaites Matrices DNS A A A T G T C C A G C T A G C G T C G CAGGCTTCATAGCTCCT C G ||| || ||| ||| ||| || || ||| || || || ||| ||| || ||| ||| || | | ||| GTCCGAAGTATCGAGGAAGCTCCGTA T G T C C A 26.11.2014.

DNS sintēze RNS praimeris (ierosa) 5` -C-OH 3` 3`-ACGTACGTACGTACGTACGTACGT-5` matrice RNS praimeris (ierosa) 5`-UGCAUGCA-OH 3` 3`-ACGTACGTACGTACGTACGTACGT-5` matrice 26.11.2014.

DNS replikācija (DNS sintēze) Nepieciešams: - vienpavediena (vp.) DNS matrice, - dNTP, - DNS atkarīgā DNS polimerāze, - praimeris (ierosa) - sapārots NS posms ar brīvu 3'OH grupu. 26.11.2014.

DNS replikācija (DNS sintēze) Par praimeri kalpo 10 - 20 nukleotīdus gara RNS molekula, kuru sintezē īpašs enzīms - praimāze - - DNS atkarīga RNS polimerāze. 26.11.2014.

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; 26.11.2014.

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; 26.11.2014.

DNS replikācija 5. Cita DNS polimerāze RNS praimerus aizstāj ar DNS posmiem; 6. Palikušos vienas fosfodiestera saites pārrāvumus atjauno DNS ligāze. 26.11.2014.

DNS replikācija 26.11.2014.

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. 26.11.2014.

DNS replikācija 26.11.2014.

DNS replikācija ORI rajons DNS Replikācijas dakša 26.11.2014.

26.11.2014.

Molekulāri - ģenētiskie procesi šūnā DNS mRNS proteīni replikācija (DNS sintēze) transkripcija (RNS sintēze) translācija (proteīnu sintēze) 26.11.2014.

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). 26.11.2014.

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. 26.11.2014.

Transkripcija Promotera raksturīgo nukleotīdu secību atpazīst DNS atkarīgās RNS polimerāzes un uzsāk RNS sintēzi. Promoteru var saistīt arī dažādi regulējoši proteīni vai nukleīnskābes, kuras regulē gēna aktivitāti. Gēna beigās atrodas terminējošās nukleotīdu secības (t), kuras sasniedzot RNS-polimerāze pārtrauc mRNS sintēzi un pamet DNS molekulu. 26.11.2014.

Transkripcija t P Promoters Gēna kodējošā daļa Transkripciju apturošā daļa (gēna beigas) t P RNSpol. Gēnā kodēto informāciju nesoša mRNS. 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija lac operons - vajadzīgs laktozes izmantošanai baktēriju šūnā Pi t P/Olac Gēni: lacZ laktozes izmantošanai nepieciešama enzīma gēns lacI represora gēns 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija RNSpol. t Pi lacI Pi - promoters laktozes operona represoram, ekspresija konstitutīva (neregulējama, notiek visu laiku), vāja, uztur ap 40 attiecīgo mRNS molekulu skaitu šūnā. 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija pēc mRNS tiek sintezēti represor-proteīni RNApol. t Pi lacI Uz represora mRNS (iRNS) matrices translācijas procesā sintezējas represora proteīni un veido kompleksus ... 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija RNApol. P/Olac lacZ ... kuri saista lac gēna operatoru un RNS polimerāze pie P/Olac nevar darboties - transkripcija nenotiek. 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija RNApol. P/Olac lacZ Ja vidē parādās laktoze, ... 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija RNApol. P/Olac lacZ ... tā kā induktors saistās ar represorproteīniem un represoru komplekss pamet operatoru. 26.11.2014.

Transkripcijas regulācija RNApol. P/Olac lacZ Notiek lacZ gēnu transkripcija, un veidojas mRNS laktozes izmantošanai nepieciešamo proteīnu sintēzei. 26.11.2014.

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. 26.11.2014.

mRNS nobriešana Gēns Pre-mRNS mRNS AAAAAAAAA Transkripcija Splaisings Promoters Eksoni Introni Gēns Transkripcija Pre-mRNS Splaisings mRNS AAAAAAAAA Poliadenilēšana - mRNS 3` galā tiek pievienota poli(A) “aste” 26.11.2014.

mRNS nobriešana Pre-mRNS mRNS 3 A... A... A... Alternatīvais splaisings - dažādi sakārtojoties eksonu posmiem no vienas pre-mRNS veidojas nedaudz atšķirīgas mRNS molekulas. Pre-mRNS Alternatīvais splaisings mRNS 1 mRNS 2 mRNS 3 A... A... A... 26.11.2014.

26.11.2014.

Molekulāri - ģenētiskie procesi šūnā DNS mRNS proteīni replikācija (DNS sintēze) transkripcija (RNS sintēze) translācija (proteīnu sintēze) 26.11.2014.

Translācija Proteīnu sintēze pēc mRNS informācijas. Notiek ribosomās / ar to palīdzību. Aminoskābes piegādā aminoskābes nesošas transporta RNS (tRNS) molekulas => amino-acilētas tRNS. 26.11.2014.

Translācija Proteīnu biosintēzei nepieciešamā enerģija procesam tiek pievadīta transporta RNS (tRNS) amino-acilēšanas gaitā ATP => AMP + PP 26.11.2014.

Translācija Ribosomas ir vairāku atšķirīgu proteīnu un noteiktu RNS (ribosomālās RNS vai rRNS) molekulu kompleksi. RNS proteīni http://www.calvin.edu/academic/chemistry/faculty/arnoys/arnoys-chem324-70S%20ribosome.html 26.11.2014.

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. 26.11.2014.

Translācija Augošais proteīna pavediens Ribosomas lielā subvienība Ribosomas mazā subvienība mRNS 26.11.2014.

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). 26.11.2014.

Translācija tRNS Nukleptīdu triplets = kodons Amino-acil tRNS antikodons Peptidil tRNS Nukleptīdu triplets = kodons 26.11.2014.

Kodonu tabula RNS molekulās - T vietā U 26.11.2014.

Kodonu tabula Apļa vidū norādīts kodona pirmais nukleotīd; to aptverošajā lokā - kodona otrais nukleotīds; nākošajā lokā - kodona trešais ārējā lokā lasāms 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". 26.11.2014.

Translācija 26.11.2014.

Translācija 26.11.2014. http://bioap.wikispaces.com/Ch+17+Collaboration

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 26.11.2014.