BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT GENETISK INFORMATION (sid )

Transkript

1 BASÅRET KEMI B BIOKEMI GENETISK INFORMATION (sid )

2 DNA/RNA, Transkription, Translation

3 VAR I CELLEN SKER DETTA? Replikation - kopiering av DNA, sker i cellkärnan Transkription - avläsa DNA till RNA, sker i cellkärnan Translation - mrna blir protein, sker i ER och i cytoplasman ER = endoplasmatiska nätverket

4 DNA har ritningen för cellen En av dem viktigate egenskaperna för liv är att cellen kan föröka sig Den genetiska informationen bestämmer hur en cell ska se ut och vilka funktioner den ska ha. Benzopyren, Det mutagena ämnet i tobaksrök tillsammans med DNAt.

5 DNA - långa molekyler E. Coli och bakteriofag

6 Humana kromosomer DNA är packat! Cirkulärt DNA från mitokondrien Mängden DNA varierar mellan olika organismer antal kromosomer längd E coli 1 1,4 mm människa 46 2 m DNA molekyler är lindade runt proteiner - histoner

7 Detta finns i humana genomet Vad är en gen?? Del av DNA, som innehåller informationen om hur en polypeptidkedja eller en RNA molekyl ska se ut Obs!!! Det är detta vi hittar som proteiner Ett protein, som består av två st olika subenheter beskrivs alltså av två gener

8 SEKVENSERING AV GENOM Genom = den genetiska uppsättningen hos en organism Bara 1,5 % av det mänskliga genomet utgörs av proteinkodade gener. Den genetiska skillnaden mellan två individer är bara 0,1 %!!

9 En jämförelse mellan olika genom Ett virus har ca baspar 1 sida i en bok En bakterie har ca 4 miljoner baspar 1 hel bok på 800 sidor Människan har ca 3,3 miljarder baspar (3,3 miljoner kilobaspar) 1000 böcker med 800 sidor per bok

10 Hur vet cellen vilka proteiner den ska göra? Informationen finns lagrad i cellens DNA DNA består av två kedjor som bildar en spiral Byggstenar i kedjorna är nukleotider Fyra olika nukleotider används i DNA, betecknas A, C, G, och T. Strukturen i ett avsnitt av DNA

11 DNA Består av två kedjor som ligger antiparallellt - åt olika håll - och är spiralvridna runt varandra Nukleotid = 5 kolatomer, en fosfat grupp och en kväveförening s.k. bas. Pentosen är en deoxyribos i DNA (OH byts ut mot H) och en ribos i RNA. 1Å = 1 x = 0,1 nm

12 DNA - deoxiribonukleinsyra RNA - ribonukleinsyra Informationen är lagrad, som DNA, men avläsning och utnyttjande görs av RNA.

13 I DNA och RNA finns baser Adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). I RNA har tymin (T) ersatts av uracil (U). Puriner Pyrimidiner A G C T U

14 DNA molekylens uppbyggnad A finns alltid mittemot T och G mittemot C De binder (basparar) till varandra med H-bindningar

15 Den specifika basparning Denna sk komplementaritet är mycket viktig i samtliga processer som rör DNA och RNA I RNA basparar A alltid med U Adenin Uracil

16 RNA skiljer sig från DNA i tre avseenden DNA RNA 1. Deoxiribos Ribos Två kedjor En kedja

17 GENETIKENS CENTRALA DOGM (LÄROSATS) Central dogm: visar flödet av genetisk infomation 1" 2" 3" DNA! RNA! Protein" DNA = deoxyribonukleinsyra 1. Replikation 2. Transkription 3. Translation RNA = ribonukleinsyra

18 DNA-replikation - kopiering Replikation av det cirkulära genomet hos en E. coli bakterie

19 Nysyntes av DNA - replikation moder-dna Sker i samband med celldelning Viktigt att den nya är identisk med den gamla Den specifik basparning ser till att det blir rätt syntesen är semi-konservativ dvs. en ny och en gammal kedja 2 st dotter-dna

20 Replikationen består av många olika moment Det behövs proteiner som - snurrar upp spiralen - tar bort översnurrning - stabiliserar de isärdragna kedjorna - bygger upp den nya kedjan mm.

21 RNA-transkription - avläsning Informationen förs först över till arbetskopior i form av RNA RNA molekylerna är komplementär till en bit av DNA genom specifik basparning vid syntesen - Transkription

22 3 typer av RNA mrna trna rrna en mrna för varje polypeptidkedja, har informationen om aminosyrasekvensen används vid proteinsyntesen,som bärare av aminosyrorna bygger upp ribosomen, där proteinsyntesen sker

23 En RNA-kedja bildas med en DNA-kedja, som mall

24 Translation - protein syntes Det bildas 1 RNA för varje gen i DNA molekylen

25 Information i DNA utnyttjas för att göra proteiner Hur kan bastripletterna i DNA svara för att aminosyror kopplas ihop i rätt ordning?? bastriplett aminosyra Specifik basparning!!

26 Genetisk information Hur kan en molekyl med bara 4 variabla enheter definiera molekyler med 20 variabla enheter? språket - fyra bokstäver A, C, G och T - bildar trebokstavsord - ger 64 ord - 61 kodar för aminosyror, 3 är stoppkoder

27 DEN GENETISKA KODEN - tre baser motsvara en aminosyra totalt 64 kodon varav 3 är stop kodon start kodon synonymer

28 Varje sekvens av RNA har tre tänkbara läsramar De ger helt olika aminosyrasekvenser - startpunkten måste vara väl definierad AUG

29 trna fungerar, som adaptor och läser orden i mrna sk aminoacyltrna aminosyran sitter bunden till trna Antikodonet på trna läser kodorden på RNA trna (klöverstruktur) Sitter fel aminosyra bunden på trna, blir det fel i proteinet. mrna

30 Viktigt att rätt aminosyra har kopplats ihop med rätt trna Enzym trna ATP Detta sker mha specifika enzymer innan trna kommer till ribosomen. Ingen kontroll sker senare!!!

31 Ribosomerna fungerar som proteinsyntesmaskiner A structure of a bacterial ribosome rrna bygger tillsammans med ett antal proteiner upp ribosomerna. Ribosom består av 2 subenheter. En polypeptid syntetiseras av ribosomen Ribosomen förflyttar sig ett steg i taget och ny triplett kan läsas av. Aminosyrorna bildas efter ordningen i mallen och en peptidbindning bildas mellan aminosyrorna.

32 1. Aktivering TRANSLATION 2. Initiering Aktivering - trna+aminosyra Initiering - start metionin Förlängning - kedjan växer Avslutning - stopp färdig polypeptid 3. Förlängning Under och efter translationen sker modifieringar av proteinet 4. Avslutning Det bildas svavelbryggor, oligosackarider sätts på och kofaktorer sätts på plats mm

33 DNA-tekniker Bioteknik = alla tekniker, som innebär utnyttjande av biologiska processer Modern bioteknik bygger på ökad kunskap om - struktur och organisation av DNA molekylen - processerna i den centrala dogman

34 Strategi för DNA-kloning i E. coli Det DNA-fragment, som ska mångfaldigas kopplas ihop med en bärar molekyl, s.k. vektor (också en DNA molekyl), som kan tas upp av en värdcell och replikeras Stamceller Kloning Dolly Att klona är att skapa flera individer med identiska gener. Somliga läkare påstår att de håller på att klona människor. Vad ska man tro om det? Stamceller är celler med evigt liv. De kan bilda flera av de celltyper vi har i kroppen och skulle därför kunna användas för att odla ersättningsceller med vilka man kan laga skadade delar av kroppen. Spontan kloning - enäggstvillingar

35 Förändringar i DNA sekvensen sk mutationer fel bas - max 1 aminosyra fel fattas bas - en bas för mycket - alla efter blir fel AAT CCG GAG ATC GGC AAT CCC GAG ATC GGC AAT ACG GAG ATC GGC AAT CCG AGA TCG GC AAT CCA GGA GAT CGG C

36 RESTRIKTIONSENZYMER känner igen och klyver DNA vid specifika symmetriska sekvenser (palindromer). XhoI 5...C T C G A G...3 " 3...G A G C T C...5 " finns i bakterier som ett försvar mot främmande DNA (virus). cellens egna DNAt är skyddat via metylering -CH 3. Kristallstruktur av EcoRV i komplex med dubbelsträngat DNA

37 Restriktionsenzymer ger upphov till ändar av olika utseende ETT DNA-fragment av intresse kan kopplas ihop med en vektor med likadan ändar, som DNA-fragmentet. Dessa ändar kan vara 1. blunt ends trubbiga, raka 2. sticky ends klibbiga

38 Restriktionsfragment av DNA kan separeras med avseende på storlek med elektrofores DNA-banden synliggörs vid tillsats av etidiumbromid (EtBr) Stort fragment EtBr binder in mellan baserna och fluorescerar orange vid UV-bestrålning Ett virus DNA, SV40, har behandlats med tre olika restriktionsenzymer, A, B, C Litet fragment En liten DNA-bit vandrar snabbare i gelen, medans en större DNA-bit vandrar långsammare

39 Vanliga kloningsvektorer är plasmider Plasmid = naturligt extra DNA i bakterier, cirkulärt kbaser; replikeras separat från värdcellens kromosom, innehåller tex gener, som ger antibiotika resistens; kan överföras mellan bakterier. Bakterial DNA Plasmids pbr322 = en konstruerad plasmid ursprungligen från E. coli, med flera gener för antibiotikaresistens och flera olika restriktionsklyvningsställen, som används i kloningsexperiment.

40 DNA-kloning - plasmid (kloningsvektor) klipps upp med restriktionsenzym - DNA-fragment som ska klonas har samma klibbiga ändar, som vektorn - mha enzymet ligas bildas bindningar mellan DNA-fragmentet och plasmiden - en större plasmid har bildats - plasmiden överförs till en bakterie (transformera = ta upp) - odla bakterien Obs! Bara ett fåtal bakterier tar upp plasmiden. Hur hittar man just den med insatt DNA!

41 Hur hittar man de bakterier, som tagit upp plasmid med insatt DNA? Vissa bakterier har tagit upp plasmid med DNA-fragment, andra har tagit upp plasmid utan DNA-fragment och några har inte tagit upp någon plasmid alls. Kloningsvektorer innehåller ofta antibiotika resistens. Därför låter man bakterien växa på en agarplatta med antibiotika och bara de bakterier med plasmiden börjar växa. Bakterien med plasmid odlas upp och plasmiden kan DNA-sekvenseras eller man kan välja en vektor med genen för två antibiotika för att bestämma vilken bakterie, som har plasmid med insatt DNA.

42 PCR (polymerase chain reaction) Ett sätt att mångfaldiga ett DNA-fragment 1993 fick Kary B Mullis nobelpriset i kemi för PCR Ett värmestabilt DNA polymeras från en bakterie, som lever i heta källor används. Alternerande varmt (separera de två strängarna) och kallt gör att en syntetisk primer binder och DNA pol. kan addera nukleotider till primern. Vid varje uppvärmning fås dubbelt så många templat. PCR används vid: sjukvårds diagnostik brottsutredningar (CSI) amplifiera våra förfäders DNA

43 Genmodifierad potatis i svenska åkrar Vanlig potatis innehåller stärkelse, som består av 2 typer av glukospolymerer amylopektin (85 %) amylos (15 %) Man har tagit fram en potatis, som nästan bara innehåller amylopektin (98 %). Modifieringen innebär att stärkelsen bli mer användbar i industrin. Stärkelsen kan då användas för t.ex. ytbehandling av papper.

44 Lagom mogna tomater Tomaten har fått en bit DNA, som bromsar mognaden. Den nya DNA-biten i sig är inte farlig. Den skiljer sig inte från allt annat DNA vi får i oss med det vi äter. Hur gör man detta? Mognads processen i tomater; stärkelse eten sackaros Anti sense-gener. Bonus; antioxidanter Smakämnen bildas, tomaten blir röd och den mjuknar. Eten startar mognadsprocessen, enzymer bildas, som bryter ner bl a cellulosa och pektin, tomaten mognar. En antisense-gen bildar ett mrna, som är komplementärt till ett mrna av intresse,dessa basparar och hindrar proteinet att bildas.

45 TACK FÖR I DAG!