biologia.pdf

NOTATKI DO CZ ESCI BIOLOGICZNEJ

Jerzy Tiuryn

Instytut Informatyki

Uniwersytet Warszawski

rok akademicki 2005/06

8 listopada 2005

Spis tresci

1 Kwasy nukleinowe 3

1.1 DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 RNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 Centralny dogmat biologii molekularnej . . . . . . . . . . . . . 4

2 Zasady syntezy kwasow nukleinowych

3 Trzy krolestwa 5

3.1 Prokaryota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.2 Eukaryota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.3 Archea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4 Transkrypcja genow prokariotycznych

5 Transkrypcja genow eukariotycznych

6 Bialka

7 Kod genetyczny

8 Translacja 7

8.1 Proces translacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

9 Geny, chromosomy, genomy 8

9.1 Co to jest gen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

9.2 Chromosom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

9.3 Genomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

9.4 Historia poznawania sekwencji genomow . . . . . . . . . . . . 10

9.5 Projekt poznania genomu czlowieka (Human Genome Project) 11

10 Pewne metody rekombinacji DNA 11

10.1 Klonowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

10.1.1 Enzymy restrykcyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

10.1.2 Wektory plazmidowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

10.1.3 Komplementarne DNA (cDNA) . . . . . . . . . . . . . 12

10.1.4 Wektory -fagow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

10.1.5 Biblioteki genomowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

10.1.6 Inne wektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

10.2 Metody sekwencjonowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

10.2.1 Metoda chemiczna Maxama-Gilberta (1977) . . . . . . 13

10.2.2 Metoda enzymatyczna Sangera (1977) . . . . . . . . . 13

10.3 Technika PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1 Kwasy nukleinowe

Przechowuj a i przekazuj a informacj e w komorkach.

DNA { kwas deoksyrybonukleinowy (przechowuje zakodowan a informacj e,

jest podstawowym materialem genetycznym).

RNA { kwas rybonukleinowy (jest aktywnym czynnikiem w dekodowaniu

informacji).

Obydwa kwasy s a liniowymi polimerami skladaj acymi si e z monomerow

pol aczonych w lancuch. Te monomery (cegielki do budowy kwasow) nazywa

si e nukleotydami.

Zarowno DNA jak i RNA jest zbudowane tylko z czterech rodzajow

nukletydow. Trzy rodzaje wyst epuj a w obydwu kwasach: adenina (A),

guanina (G), cytozyna (C). Ponadto w DNA wyst epuje tymina (T), a w

RNA wyst epuje uracyl (U).

Kazdy nukleotyd sklada si e z trzech cz esci:

reszta fosforanowa

cukier (oparty na pi eciu w eglach, tzw. pentoza). W DNA tym cukrem

jest deoksyryboza, a w RNA ryboza.

zasada azotowa (st ad nukleotyd bierze swoj a nazw e).

Rysunki: schemat nukleotydu (4-1,L), struktura rybozy i deoksyrybozy

(4-2,L).

Zasady wyst epuj ace w nukleotydach dziel a si e na dwie grupy:

puryny (A, G)

pyrymidyny (C, T, U).

Rysunki: przykladowy schemat nukletydu (A) (4-4,L), schemat l aczenia

polimerow (4-5,L).

Lancuch nukletydow ma dwa rozne konce: 5' (koniec fosfatowy) i 3'

(koniec hydroksylowy) (liczby pochodz a od numeracji w egli). Zwykle sek-

wencje s a zapisywane i czytane w kierunku od 5' do 3'.

1.1 DNA

W naturalnym stanie tworzy podwojn a helis e (Watson i Crick, 1953) pow-

stal a z pol aczenia dwoch lancuchow nukleotydow (wi azania wodorowe). Kierunki

lancuchow w helisie s a przeciwne. Zwykle helisa jest prawoskr etna.

Rysunki: schemat polaczen w podwojnej helisie (4-6,L), (4-7,L). Modele

podwojnej helisy (4-8,L), (4-9,L).

Pary komplementarne nukleotydow:

A | T (slabsze wi azanie).

G |- C (silniejsze wi azanie).

Mozliwe s a wyj atki, np. G | T.

Ksztalt: moze byc nic (podwojna) lub cykl.

Rozmiary: zasady s a oddalone od siebie o 0.34 nm (licz ac wzdluz osi).

Pelny obrot co 3.4 nm.

Denaturacja DNA { rozpl atanie nici pod wplywem wysokiej temperatury

(zwykle 80-90C, zaleznie od kwasnosci srodowiska i skladu nukleotydow).

Slabsze wi azania rozpadaj a si e szybciej. Po obnizeniu temperatury nast epuje

ponowne l aczenie w helis e (renaturacja).

1.2 RNA

Budowa chemiczna podobna do DNA, zamiast tyminy (T) jest uracyl (U).

Jest hipoteza, ze RNA pojawilo si e na swiecie przed DNA. RNA jest mniej

stabilne niz DNA (np. rozpada si e w alkalicznych roztworach). Podobnie

jak DNA, tworzy pojedyncze nici, podwojne, liniowe lub cykliczne. Wazna

jest trojwymiarowa struktura RNA (wlasciwosci katalityczne lub l aczenie si e

z bialkami).

1.3 Centralny dogmat biologii molekularnej

DNA!RNA!bialko

Przejscie od DNA do RNA { transkrypcja.

Przejscie od RNA do bialka { translacja.

Bialka bior a udzial w wielu procesach (jako enzymy, skladniki budul-

cowe, regulatory innych procesow).

Geny { minimalne fragmenty nici DNA zawieraj ace informacj e odpowiedzialn a

za dzialanie kazdej niezaleznej funkcji w organizmie.

2 Zasady syntezy kwasow nukleinowych

1. Zarowno DNA jak i RNA s a produkowane przez kopiowanie istniej acej

wczesniej nici DNA (zgodnie z zasad a komplementarnosci Watsona-

Cricka).

2. Kierunek kopiowania jest zawsze od 5' do 3' (tzn. powstaj aca nic jest

budowana w kierunku od 5' do 3').

3. Przy kopiowaniu bior a udzial specjalne enzymy, nazywane polimer-

azami. DNA polimerazy sluz a do budowania DNA, a RNA polimerazy

sluz a do budowania RNA. Budowa RNA na podstawie matrycy DNA

nazywa si e transkrypcj a. RNA polimerazy mog a zacz ac budow e nowej

nici (de novo). Natomiast DNA polimerazy nie mog a { musz a zaczynac

od pewnego miejsca zwanego starterem lub primerem i doklejaj a now a

nic z nukleotydow. Rysunek: transkrypcja DNA na RNA (4-20,L).

4. Synteza podwojnego DNA (replikacja) przebiega poprzez mechanizm

zwany widelkami replikacyjnymi. Synteza wzdluz jednej nici (nic prowadz

aca,

leading strand) odbywa si e w sposob ci agly. Synteza wzdluz drugiej nici

(nic opozniaj aca, lagging strand) odbywa si e kawalkami (zawsze od 5'

do 3') zwanymi fragmentami Okazaki. Rysunek: schemat replikacji

(4-22,L).

3 Trzy krolestwa

3.1 Prokaryota

Organizmy, ktorych komorki nie zawieraj a j adra, np. bakterie. (To nie jest

pelna denicja!).

3.2 Eukaryota

Organizmy, ktorych komorki zawieraj a j adro (np. drozdze, nicien, muszka

owocowa, czlowiek).

3.3 Archea

Bakterie zyj ace w ekstremalnych warunkach (temperatura, cisnienie), np. na

dnach oceanow. Nie maj a j adra, ale pod pewnymi wzgl edami (np. istnienie

eksonow/intronow) przypominaj a Eukarioty.

4 Transkrypcja genow prokariotycznych

Geny odpowiedzialne za jeden cel metaboliczny (np. synteza jakiegos aminok-

wasu) lez a obok siebie (na chromosomie) i ich transkrypcja jest wsolnie regu-

lowana. Taki fragment nazywa si e operonem. Transkrypcja przebiega wedlug

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: