Biologija I, DNS uzbūve un darbība 1

Atklāj nukleīnskābes;

Definē nosaukumu DNS;

Izdala 5 slāpekļa bāzes;

1910. gada Nobela prēmija;

(1901)

Albrehts Kosels

Grifita (trasformācijas) eksperiments

(1928)

Frederihs Griffins

DNS = informācijas nesējs gēnā un hromosomās

(1944. pētījums)

molekulārais biologs

Osvalds Eiverijs

2 Čargafa likumi:

DNS sastāvs atšķiras starp sugām, tieši nukleotīdu daudzumā;

Jebkurā DNS molekulā A un T, G un C daudzums būs vienāds;

(1950)

Ervins Čargafs

Bakteriofāgs (1952)

Marta Čeisa un Alfrēds Heršijs

DNS kristologrāfija;

Rentgenstaru difrakcijas attēli DNS un RNS, attēls nr. 51;

DNS veido dubultspirāles formu;

(1952)

Rozalinda Franklina

DNS struktūras atklājējs*

1962. g. Nobela prēmijas laureāts

Centrālās dogmas aizsācējs(1957):

DNA → RNA → protein;

Frānsiss Kriks

DNS dubultspirāle (1953);

1962. g. Nobela prēmijas laureāts;

Cilvēka genoma projekta vadītājs

Džeimss Votsons

Mūks, “Ģenētikas Tēvs”, kurš pirmais liecināja, ka īpašības tiek pārnestas no paaudzes uz paaudzi, definēja recesīvo un dominējošo pazīmi.

Gregors Mendelis

Kāds augs tika izmantots Gregora M. ekspermentos?

Pazīmes - sēklas krāsa, sēklas reljefs, ziedu krāsa, auga garums

Pašapputes augs, veica svešapputi

Sējas zirņi

Nosaukums 1. nukleīnskābei

Adenīns

Nosaukums 2. nukleīnskābei

Guanīns

Nosaukums 3. nukleīnskābei

Citozīns

Nosaukums 4. nukleīnskābei (DNS)

Timīns

Nosaukums 5. nukleīnskābei (RNS)

Uracils

CIk slāpekļa bāzes DNS un cik RNS?

4

DNS un RNS komplementaritāte: Guanīns —

Citozīns

DNS komplementaritāte: Adenīns —

Timizīns

RNS komplementaritāte: Adenīns —

Uracils

DNS dubultspirāle (1953);

1962. g. Nobela prēmijas laureāts;

Cilvēka genoma projekta vadītājs;

Nukleīnskābju monomēri, kas sastāv no slāpekļa purīnbāzes vai pirimidīnbāzes, ribozes vai dezoksiribozes un fosforskābes atlikuma.

Nukleotīds

Slāpekļa purīnbāzes: ‘burts’, ‘burts’, … (alfabēta secībā)

A, G

Slāpekļa pirimidīnbāzes: ‘burts’, ‘burts’, … (alfabēta secībā)

C, T, U

Hromosomu skaits

(Jo Hins Tjio un Alberts 1956)

46

Šajā gadā tika atšifrēts DNS kods

1961

DNS sekvencēšana (1977)

Frederiks Sangers

Polimerāzes ķēdes reakcija (1983)

Karijs Banks Mullis

Cilvēka genoma projekta sakārtošana ar 99,99% precizitāti … gadā

2003

ogļhidrāts, monosaharīds, kas veido RNS

Riboze

ogļihidrāts, monosaharīds, kas veido DNS

Dezoksiriboze

Savieno kopā nukleotīdus;

Nosaka DNS ķēdes virzienu:

• 5’ - dezoksribozei 5 C atomam būs fosforskābes atlikums

• 3’ - dezoksribozei  3 C atomam būs OH grupa

Fosforskābes atlikums

CIk kopumā ir nukleotīdu?

8

(4 DNS, 4 RNS)

Molekula, kas var reaģēt kopā ar citām monomēru molekulām, veidojot lielāku polimēru ķēdi vai trīsdimensiju tīklu procesā, ko sauc par polimerizāciju.

Monomērs

Viela vai materiāls, kas sastāv no ļoti lielām molekulām jeb makromolekulām, kuras veido daudzi atkārtojoši subvienību fragmenti, iegūti no viena vai vairākiem monomēru veidiem.

Polimērs

DNS pilnais nosaukums

Dezoksiribonukleīnskābe

DNS astāv no 5 elementiem:

C, H, O, N, P

Abas DNS spirāles glabā vienādu bioloģisko informāciju

Abas spirāles iet pretējos virzienos:

5` uz 3`

Princips, kas apraksta attiecības starp divām struktūrām, kuras katra ievēro "atslēgas un slēdzenes" principu.

Komplementaritāte

Kur dabā var novērot komplimeritāti?

• DNS replikācijas un transkripcijas pamatprincipos;

• DNS antiparalēlitāte vienai otrai;

• Nukleotīdu bāzēs.

Kāds ir START kodons?

AUG

Kādi ir 3 STOP kodoni?

UAA, UAG, UGA

Kas nodrošina bezgalīgu informācijas dažādību?

Nukleotīdu secība

DNS atrodas -

šūnas kodolā, mitohondrijā, hloroplastos

Ģenētiskās informācijas pamatvienība

gēns

Molekulārās ģenētikas centrālā dogma

ģenētiskā informācija (DNS molekulas nukleotīdu secība) nosaka matricas RNS molekulas nukleotīdu secību, kas savukārt nosaka sintezējamo polipeptīdu (olbaltumvielu aminoskābju) secību.

Replikācija

DNS molekulas dubultošanās specifisku fermentu klātbūtnē; tā nodrošina ģenētiskās informācijas saglabāšanos un pāriešanu nākamajās paaudzēs.

Process, kurā no viena DNS pavediena pēc nukleotīdu komplementaritātes principa tiek sintezēts jauns DNS pavediens;

Kādas ir replikācijas mehānisma atšķirības eikariotos un prokariotos?

eikariotos - kodolā

prokariotos - citoplazmā (nav kodola)

Puskonservatīva replikācija

(viens pavediens no vecās DNS molekulas, otrs - tikko sintezēts).

helikāze

enzīms, kas salauž ūdeņraža saites starp DNS spirālēm

DNS polimerāze

enzīms, kas piedalās DNS replikācijā, DNS bojājumu labošanā (I, II, III, V)

1956. gadā Artūrs Kornbergs, pirmo reizi iegūta no E coli

• Taq polimerāze;

• Termostabila (95°C);

• Thermus aquaticus

• Visbiežāk izmantota PCR reakcijās;

• Īsus DNS fragmentus;

• Aizstāja E. coli polimerāzi (37°C)

primāze

enzīms, kas veido DNS iesācējmolekulu, lai noteiktu replikācijas sākumpunktu

Transkripcija

Ģenētiskas informācijas pārnese molekulas sintezēšanās procesā.

Procesā sintezējas matricas RNS (mRNS), kura nogādā informāciju citoplazmā, kalpo par matricu proteīnu sintēzei (translācija).

introni

nonsenss virknē, ko izgriež no mRNA pēc transkripcijas

eksoni

jēdzīgās virknes daļas, kas atliek no mRNA pēc transkripcijas

Translācija

Olbaltumvielas molekulas sintēze pēc informācijas, ko saņem no ribonukleīnskābes (mRNS) molekulām, un kas nosaka aminoskābju secību molekulā.

• mRNS secība tiek pārvērsta specifiskā aminoskābju secībā;
  būtiska olbaltumvielu sintēzei, ļaujot šūnām ražot nepieciešamās olbaltumvielas struktūrai, funkcijai un regulēšanai;

kodons

= Triplets = 3 secīgas slāpekļa bāzes(nukleotīdi)

Informācijas pamatvienība

Lielākā daļa tripletu atbilst kādai no 20* aminoskābēm;

Cik ir kodonu?

64 (4³)

Cik ir aminoskābju?

20

Kur notiek translācija prokariotiem un eikariotiem?

Prokariotiem - citoplazmā, eikariotiem - citoplazmā un endoplazmātiskājā tīklā;

Notiek ribosomās, kas nolasa mRNS secību un veicina aminoskābju saistīšanos polipeptīdu ķēdē;

Nepieciešamo RNS veidi translācijai

tRNS, mRNS, rRNS

Transporta RNS (tRNS)

tās molekulas piegādā atbilstošās aminoskābes ribosomai, katrai tRNS saderot ar konkrētu kodonu uz mRNS caur tās antikodonu;

Cik kodonu atbilst kādai aminoskābei?

61

Ģenētiskais kods ir…

dublējošš, nepārprotams, universāls

bāzu pāri cilvēka genomā

~3milj. bp

Cik procenti genoma bāžu pāru veido gēnus?

25 % no bp veido gēnus un gēnu regulatorus

Cik gēni ir genomā?

~20 000 līdz 22 000 gēni;

Kas nosaka olbaltumvielas 3D struktūru?

Aminoskābju secība nosaka olbaltumvielas 3D struktūru, kas ir svarīga tās funkcijas nodrošināšanai. Ja secība izmainās, mainās olbaltumvielas funkcija.

Kas nosaka aminoskābju secību olbaltumvielā?

To nosaka informācija, kas nāk no DNS. Ja tā izmainīsies, izmainīsies arī aminoskābju secība.

Pirmējā olbaltumvielu struktūra

aminoskābju ķēdīte

Otrējā olbaltumvielu struktūra

alfa spirāles un beta plāksnītes

Trešējā olbaltumvielu struktūra

otrējās struktūras apkopojums

Ceturtējā olbaltumvielu struktūra

vairākas olbaltumvielas kopā

Vīruss

nfekciozs aģents, kas parasti sastāv no nukleīnskābes molekulas olbaltumvielu apvalkā, ir pārāk mazs, lai to varētu redzēt ar gaismas mikroskopu, un spēj vairoties tikai dzīvo šūnu iekšienē.

Gēnu inženierija

gēnu inženierija ir mērķtiecīga organisma iedzimtības materiāla izmainīšana, lai radītu jaunas vēlamas pazīmes vai lai atbrīvotos no nevēlamām pazīmēm.

ĢMO

ģenētiski modificēts organisms ir augs, dzīvnieks vai mikroorganisms, kurā viena vai vairākas izmaiņas ir veiktas genomā, parasti izmantojot augsto tehnoloģiju ģenētisko inženieriju, lai mainītu organisma īpašības.

Gēnu terapija

ārstniecības metode, ar kuras palīdzību novērš vai atvieglo iedzimtās slimības vai defektus.

Vektors

struktūra (vīrusi, fāgi, plazmīdas), ko izmanto gēnu inženierijā svešas izcelsmes gēnu ievadīšanai recipienta šūnā vai genomā.

• vīrusi: Nogādāt ģenētisko materiālu šūnā, vienkārša uzbūve (Nespēj paši vairoties; Izmanto saimniekorganisma replikācijas mehānismu)

• Plazmīdas: Baktēriju papildus hromosoma; Cirkulāra dsDNS molekula; Neatkarīgi spēj sevi replicēt; Satur baktērijām nepieciešamus ārkārtas gēnus; Dabīgas un mākslīgas; Spēja sevi integrēt hromosomālajā genomā; Rekombinētā DNS ievadīšana organismā;

Rekombinantās DNS

DNS molekulas, kas izveidotas ar ģenētiskās rekombinācijas laboratorijas metodēm, kas apvieno ģenētisko materiālu no vairākiem avotiem, radot sekvences, kuras citādi genomā nebūtu atrodamas.

Ģenētiskās informācijas pārnesēji jeb vektori

Vīrusi un plazmīdas

Transdukcija

vīrusa ģenētiskā materiāla iekļaušana saimniekorganismā

Ģenētiskās modifikācijas princips:

1. Vēlamās pazīmes/gēna izpēte;

2. Vēlamā DNS izdalīšana;

3. DNS “sagriešana”, vēlamā gēna ievietošana;

4. Vektora izveidošana;

5. Vektora ievadīšana mērķa organismā;

6. Ģenētiskās modifikācijas pārbaude;

7. “Lauka” pētījums;

8. Datu apstrāde un secinājumu izdarīšana.

Ģenētiskās inženierijas metodes augiem

• Selekcija;

• Embrionālā glābšana;

• Somatisko šūnu hibridizācija;

• Mutāciju ierosināšana - mutagēni, nejauši, liels skaits, nepārbauda

• Šūnu atlasīšana;

• Mikrobiālie vektori - Agrobacterium tumefaciens (Divdīg.);

• Mikroprojektīlu bombardēšana  Mikroskopiskas daļiņas (Viendīg.)

Agrobacterium tumefaciens

• Baktērija;

• Horizontāla gēnu pārnese (Starp sugām);

• Daļēja ievietošanās genomā;

• Bacterial tumour-inducing (Ti) plasmid;

• Iespējams arī inficēt cilvēkus (Oportūnistiska slimība)

priekšrocības un trūkumi mikroprojektīlu bombardēšanā

✅Priekšrocības:

• Var izmantot daudzos organismos, arī tādos, kur Agrobacterium nestrādā.

• Tieša DNS ievadīšana – nav vajadzīgi vektori (piemēram, plazmīdas vai vīrusi).

• Vienkārša un salīdzinoši ātra metode.

❌ Trūkumi:

• Dārga (īpaši zelta lodītes).

• Var bojāt šūnas.

• DNS integrācija ir nejauša (nevar kontrolēt, kur gēns "ielēks").

• Zema efektivitāte salīdzinājumā ar bioloģiskām metodēm.

Ģenētiskās inženenierijas metodes dzīvniekiem

• Selekcija;

• Mākslīgā apaugļošana - vispasaules genofonds; matemātiskā modelēšana; testēšana, starpsugu krustošana;

• Embrionālā glābšana un superovulācija - dzimumu atlase, skaita palielināšana;

Ģenētiskās modifikācijas pārbaude

• PCR jeb PĶR (polimerāzes ķēdes reakcija);

• Gēla eletroforēze;

• Sekvenēšana;

Biomateriāli

• Restriktāzes;

• Ligāze;

• Polimerāzes;

Restriktāzes

Baktēriju enzīmi, kas šķeļ DNS noteiktās vietās;

• 4-8 bp garas restrikcijas vietas;

• ~3000 restriktāzes;

Ligāze

enzīms, kas aizpilda caurumus atpaliekošajā DNS virknē pēc replikācijas

• Visos organismos;

• Savieno DNS pārrāvumus;

• Lipīgie gali.

Kāds ir modeļaugs bioloģijā

Arabidopsis thaliana

Xenotransplantācija

audu transplantācija no citas sugas

ATryn

antiguagulants, iegūts no kazas piena. Operācijās vai dzemdībās

Kādi ir tuvākie dzīvie cilvēka radinieki?

šimpanzes

Kāds proteīns spēj padarīt dzīvnieku gaismā spīdošu?

GFP (Green fluorescent protein)