Grundläggande molekylära genetiska mekanismer Kap 4,

Transkript

1 Grundläggande molekylära genetiska mekanismer Kap 4,

2 DNA tinnehåller den genetiska informationen. I en prokaryotcell finns DNA ti cytosolen, i en eukaryotcell finns det i. För att DNA t ska kunna komma till användning måste det uttryckas, dvs RNA eller. med biologisk aktivitet bildas mha informationen i DNA. För det behövs två processer:. och translationi vilka RNA-polymeras respektive ribosomer spelar huvudrollerna. För att en nybildad cell ska kunna fungera måste DNA ti modercellen ha kopierats till dottercellen. Det sker i replikationen mha.-polymeras. Se fig4-1.

3 En nukleinsyresträng tillverkas alltid från sin 5 -ände mot sin 3 -ände (Fig. 4-10a). Det beror på att DNA-och RNApolymerasernaalltid adderar nya nukleotider till en fri 3 -ände. Man har kommit överens om att av en nukleinsyresträng alltid anges från 5 till 3. RNA ti Fig. 4-10a är AUG, inte GUA.

4 Kodande och reglerande sekvenser i DNA, figurer 4-10b och 4-13 Transkriptet börjar i position +1 (Fig. 4-10b) Den första och sista delen av transkriptetöversätts inte till någon aminosyrasekvens, de kallas 5 respektive 3 UTR. UTR=.. Den kodande sekvensen börjar med nukleotidsekvensen ochslutar med stoppkodon. Däremellan kan det finnas introner. Promotorn är ett exempel på reglerande sekvens som ligger uppströms transkriptionsstart.

5 Hos prokaryoterär det vanligt att kodande sekvenser för proteiner som ska samverka med varandra ligger samlade i en klunga efter ett gemensamt område med reglerande sekvenser. Hela konstruktionen kallas för ett (Fig. 4-13a). Fördelen är att det inte behövs så många reglerande sekvenser.

6 I eukaryoterhar varje kodande sekvens sitt eget område med reglerande sekvenser (Fig. 4-13b). Fördelen är att det ger möjlighet att anpassa varje proteins mängd efter cellens behov.

7 Processning av eukaryot mrna EukaryotamRNA nbestår som regel av.. (kodande regioner) och introner(icke-kodande). Till det primära transkriptet adderas en 5 cap, en 3 -svans och intronerna splicas bort (Fig. 4-15).

8 Vid splicingkan det hända att exonertas bort också, olika exoneri olika celler eller vid olika tillfällen. Resultatet blir att det bildas olika proteiner från samma gen t ex i olika vävnader eller vid olika tidpunkter. Det kallas..

9 Reparation och rekombination av DNA 4.6 I en levande cell uppstår tusentals skador på DNA t varje dygn. De flesta av dessa skador repareras av cellens egna reparationssystem. De skador som inte repareras innan nästa replikation blir ofta kvar och förs över till efterkommande generationer. En sådan permanent förändring av DNA tkallas för en.

10 Det finns alternativa scenarion vid en skada En skada( ) uppkommer. Det sker oftast bara på den ena strängen. Reparation Replikation och celldelning I en cell som genomgått många celldelningar kan det ha ackumulerats ett flertal mutationer Cell med mutation Apoptos, cellen dör Transformering till cancercell

11 En skada/mutation kan omfatta allt ifrån ett baspar, det kallas för en punktmutation (pointmutation), till stora delar av kromosomen som vid. (Fig6-42, se också Fig &25-23) och rekombination.

12 En skada/mutation kan uppkomma genom en kemisk förändring, ett bortfall (deletion), ett tillägg (insertion) eller en omplacering (translokation eller rekombination) av DNA. Vad som kan orsaka skador i DNA t: fel vid., spontana reaktioner med vatten, reaktioner med mutagena kemikalier, strålning med hög energi såsom UV eller joniserande strålning, virusinfektioner, transposonförflyttningeller rekombination.

13 Fel, dvsen icke komplementär nukleotid, sätts då och då in vid replikationen. DNA-polymeraset kan själv upptäcka och rätta till sådana fel. DNA-polymeras har två aktiva säten, ett för bildande av..(pol) och ett för brytande av samma bindningar (Exo). Det ger enzymet sk korrekturläsningsförmåga (Fig 4-34).

14 och..av nukleotidersker spontant som hydrolysreaktioner i en vattenmiljö. Den vanligaste punkmutationen hos människa. Leder till att G-C baspar på sikt byts ut mot A-T baspar i betydelselösa områden, se fig 4-35.

15 Om skadan inte repareras före nästa replikation kommer den ena dottercellen få ett A-T baspar isfett G-C baspar.

16 Mutagena ämnen finns bla i cigarettrök och i bränd mat. Benzopyrenfrån cigarettrök omvandlas i kroppen till en mutagen epoxidsom reagerar med guanin, fig Vid replikation sätts A in isfc som komplementär bas.

17 I rött kött som bränts bildas heterocykliska aminer (HAC). När kroppen försöker bli av med dem (genom att göra dem mer vattenlösliga) bildas mycket reaktiva ämnen som reagerar med DNA, fig 25-29b.

18 DNA ts kvävebaser absorberar UVstrålning. Den absorberade energin kan ge upphov till omarrangeringav kovalenta bindningar så att två kvävebaser ovanför varandra binds ihop. Det sker oftast mellan två Det sker oftast mellan två speciellt mellan två tymin, resultatet kallas då tymin-dimer, fig4-38.

19 Joniserande strålning (hög energi) kan.. bindningar i nukleisyresträngarnasryggrad. Om båda strängarna bryts i ungefär samma position riskerar kromosomen att falla sönder i mindre bitar (fragmenteras). T ex röntgenstrålning DNA

20 Exempel på några reparationssystem Reparationssystem Basutskärning/Base Excision Repair Mismatch reparation/mismatch Excision Repair Nukleotidutskärning/Nucleotide Excision Repair Rekombination/Recombination Typ av skada som repareras Deamineringeller annan typ av kemisk modifiering av en enskild nukleotid. Depurinering Fel som skapats av DNA-polymeraset vid replikationenoch inte korrigerats. Ex mismatch(t ex T-G), korta deletioner eller insertioner. Kemiska addukter, t ex pyrimidindimerer Strängbrott

21 Reparationssystemen basutskärning, mismatchrepair och nukleotidutskärning fungerar efter ungefär samma princip, se fig 4-36, 4-37 & 4-39: 1) skadan upptäcks, den finns som regel på den ena av DNA tstvå strängar 2) en bit av den strängen som skadan sitter på tas bort 3) DNA-polymeras syntetiserar ny sträng isfden borttagna, då används den som mall 4) ligas binder ihop 3 änden av den nygjorda strängbiten med 5 änden av den ursprungliga. Om något av de proteiner som behövs för reparation saknas eller fungerar dåligt kommer antalet mutationer öka i cellen och då ökar också risken för cancer.

22 Basutskärningsreparation (Fig 4-36) Det är DNA-glykosylasernasom upptäcker felet. Det finns t ex ett DNA-glykosylas som alltid plockar bort T från G-T baspar. Varför?

23 Mismatch repair (Fig 4-37) Verksamt i samband med replikationen. Vid en mismatchutgår systemet från att det är den..som är fel.

24 Nukleotidutskärnings-reparation (Fig 4-37) Kan hitta ihopbundna nukleotider och stora grupper som bundits till DNA t. Strängen som bär på skadan tas bort. Gener som transkriberas ofta verkar också repareras ofta. Troligtvis pga närvaron av TFIIH.

25 Brott på ensträng lagas mha. Vid brott på båda strängarna riskerar DNA t att gå av. Dubbelsträngsbrott kan lagas på två sätt: 1. Icke-homolog ihopsättning, fig4-40. Fördel: det behövs ingen mall. Nackdel: nukleotider försvinner. 2. Homolog rekombination, fig Fördel: all information blir kvar.

26 Vid homolog rekombination byter en bit av en DNA sträng komplementär sträng med en homolog kromosom. Detta sker som ett nödvändigt steg i reduktionsdelningen, meiosen, när homologa kromosomer hålls ihop, fig

27 Samma princip kan användas för att låna en felfri komplementär sträng som mall vid dubbelsträngsbrott, fig Här sker förlängning av de avbrutna strängarna genom replikation med den andra kromosomen som mall.

28 Till slut har fyra intakta strängar bildats men båda kromosomerna sitter ihop med varandra. Komplexet kan lösas upp så att de ursprungliga sekvenserna blandas mellan de två kromosomerna