DNA ja RNA, DNA-synteesi

Mitä geneettisen materiaalin molekyylin täytyy pystyä tekemään?

1. Pystyä kahdentumaan

2. Pystyä säilyttämään informaatiota

3. Tuottaa ja siirtää informaatiota

4. Sallia informaation muutoksia (mutaatio ja evoluutio)

Molekyyligenetiikan keskeinen dogma:

DNA koodaa RNA:ta, RNA käännetään proteiiniksi

DNA → RNA → proteiini

Mihin ryhmiin emäkset jäetaan?

• Puriinit (tuplarenkaat)

  • Adeniini ja guaniini

• Pyrimidiinit

  • Urasiili, sytosiini ja tymiini

Miten juosteet ovat kiinni toisissaan

• Emästen välityksellä

• Puriini-pyrimidiini

• 2 tai 3 vetysidosta per emäspari

DNA:n vaihtoehtoiset muodot

B-DNA, A-DNA ja Z-DNA

B-DNA

• Luonnollinen DNA:n muoto

• Vesipitoinen, matalasuolainen ympäristö

A-DNA

• Korkeasuolainen, vähävetinen ympäristö

• DNA tiukemmassa muodossa

Z-DNA

• Vasenkätinen double helix

• Siksak-rakenne

• Major groove lähes poissa

DNA kaksoiskierteen uurteet

Suurempi ja leveämpi uure on major groove

Kapeampi ja matalampi uure on minor groove

Lähetti-RNA

• mRNA eli messenger RNA

• Kantaa DNA:n ohjetta

• Syntetoidaan transkriptiossa

rRNA

• ribosomaallinen RNA

• Muodostaa yhdessä proteiinien kanssa ribosomin

• Eukaryooteissa rRNA:n käsittely ja ribosomien kokoaminen tapahtuu tumajyvässä

tRNA

• Siirtäjä (transfet) RNA

• Pieni molekyyli, joka kuljettaa oikean aminohapon ribosomille

• Sen antikodoni tunnistaa mRNA:n kodonin

Solun DNA:n pituus

6×10² emästä = 2 m

Kromatiini

• Kromatiini koostuu DNA:sta ja siihen liittyvistä proteiineista (histonit).

• Kromatiini pakkautuu kromosomeiksi.

  • Heterokromatiini: tiukasti pakattua, yleensä vähän transkriptiota

  • Eukromatiini: väljemmin pakattua ja yleensä aktiivisemmin transkriboitavaa kromatiinia

Nukleosomi

• DNA:n pakkautumisen perusyksiköitä.

• DNA kiertyy histoniproteiinien ympärille

• Histoniytimen muodostavat H2A, H2B, H3 ja H4

• Auttaa pakkaamaan pitkän DNA:n tiiviimpään muotoon

Replikaation aloituskohdat

• “Origin”

• Ihmisessä 10 000, genomin replikaatio kestää noin 8 h

• Initaattorimolekyylit kiinnittyvät aloituskohtaan, avaavat kaksoiskierteen ja houkuttelevat paikalle muita replikaatioon tarvittavia molekyylejä

E. coli DNA kierteen avaaminen

• DnaA-proteiini tunnistaa OriC:n → aukaisee DNA:ta → sitten tulevat DnaB→ avaavat DNA:ta pitemmälle = helikaaseja

• SSBP-proteiini stabiloivat avointa DNA:ta

• DNA-gyraasi leikkaa DNA:ta ja vähentää supercoilingin aiheuttamaa painetta

Jatkuva ja epäjatkuva synteesi

• Lagging strand

  • Polymerisoituu perättäisinä Okazaki-fragmentteina 5’ - 3’ suuntaan.

• Leading strans

  • Polymerisoituu yhtenä ketjuna

Replikaatiossa toimivat entsyymit:

1. Topoisomeraasi

2. Helikaasi

3. Primaasi

4. DNA-polymeraasit

5. Ligaasi

6. Telomeraasi

Topoisomeraasi

Entsyymi, joka estää DNA:n kaksoiskierteen avaamisesta syntyvän jännitteen syntymistä (supercoiling)

Helikaasi

Entsyymi, joka käärii DNA-molekyylin auki sen tiiviisti pakatusta muodosta

Primaasi

Entsyymi, joka rakentaa RNA-alukkeen replikaation aloituskohtiin

DNA-polymeraasit

Etsyymeitä, jotka syntetisoivat DNA_molekyylejä DNA:n rakennusosista, deoksiribonukleotideista

Ligaasi

Entsyymi, joka kykenee nopeuttamaan kahden molekyylin yhteen sitoutumista luomalla uuden kemiallisen sidoksen, “liima”

Telomeraasi

Entsyymi, joka suojaa kromosomien päitä solunjakautumisen aiheuttamilta vaurioilta

Kaksoiskierteen purkaminen

• DNA-kierre kiertyy (avautuu) 360 astetta 10 syntetisoitua emästä kohden

• koko DNA-molekyylin pitäisi kiertyä edellä nopeasti, mutta koko kromosomi ei pysty tähän samalla nopeudella → jännite kasvaa

• topoisomeraasit tekevät DNA:han katkoksia → jännite vähenee

Topoisomeraasi I

• Kiinnittyy kovalentisti DNA:han ja katkaiseen toisen juosteen yhdestä kohtaa (nick)

• laukaisee jännitettä esim. replikaation ja transkription aikana

Topoisomeraasi II

• Kiinnittyy DNA-kierteen molempiin juosteisiin ja katkaisee molemmat

• Estää DNA-kaksoiskierteiden solmuuntumisen

Helikaasi

• Avaa DNA-kierteen replikaatiota varten

• 6 alayksikköä = heksameeri

• Käyttää ATP:n hydrolysoitumisesta vapautuvaa energiaa

DNA-polymeraasi

• atalysoi fosfodiesterisidosten muodostumista deoksiribonukleosiditrifosfaattien (nukleotidin) ja valmiin ketjun pään välillä 5’-3’ -suuntaan.

• Kaksi katalyyttistä kohtaa

  • P: polymeraasi

  • E: eksonukleaasi, editointi (proofreading

Sliding clamp

• “liukuva puristin”

• Auttaa DNA-polymeraasia pysymään kiinni DNA:ssa

• Rengas, joka kiinnittyy polymeraasiin

• Kokoamiseen kuluu ATP:tä, lagging stand:issä kootaan toistuvasti

Yksiketjuiseen DNA:han tarttuvat proteiinit

• “single strand DNA-binding proteins” (SSB proteins)

• Eukaryooteilla RPA (replication protein A

• Estävät hybridisaation ketjun komplementaaristen kohtien välillä

Primaasi

• DNA polymeraasi tarvitsee alukkeen, lyyen templaattiin kiinnityyneen nt.jakson

• Primaasi syntetisoi n. 10 nt pituisia RNA-alukkeita 5’-3’ -suuntaan

  • leading strand: 1 aluke

  • lagging strand: aluke 100-200 nt välein

RNAaasi ja ligaasi

• tarvitaan erityisesti lagging strand synteesissä

• RNAasi H hajottaa primaasin tekemän RNA-alukkeen (bakteereilla DNA pol I)

• DNA-polymeraasi syntetisoi alukkeen korvaavan palan

• ligaasi liittää Okazaki-fragmentit (käyttää ATP:tä)

Interfaasi

• Interfaasi on solusyklin vaihe, jossa solu kasvaa, toimii normaalisti ja valmistautuu jakautumiseen. Se koostuu vaiheista G1, S ja G2:

  • G1: solun kasvu ja normaali toiminta

  • S: DNA:n kahdentuminen

  • G2: valmistautuminen solunjakautumiseen