Bioloogia KT

Mis on DNA?

Mis on DNA?

• DNA ülesanneteks on:
  - Määrata ära kes me oleme e meie tunnused (silmavärv, pikkus jne)
  - Kanda edasi pärilikkusinfot

• DNA koosneb: desoksüriboosi jäägist, lämmastikaluse jäägist (A, T, G, C) ja fosfaatrühmast (fosforhappe jääk)

RNA

Monomeerideks ehk ehitusüksusteks on ribonukleotiidid. Koosnevad suhkrust(riboos), fosfaatrühmast ja lämmastikalusest(A, U, C, G). Enamasti üheahelaline (erandlikult võib tRNA-d lugeda kaheahelaliseks).

• Informatsiooni-RNA e mRNA ülesanne viia DNAs sisalduv info ribosoomidesse

• transport-RNA e tRNA ülesanne tuua ribosoomidesse valgumolekulisünteesiks vajalikud aminohapped

• ribosoomi-RNA e rRNA kuulub ribosoomi ehitusse

• RNA peaülesanne on edastada geenides sisalduv info tuumast tsütoplasmas asuvatesse ribosoomidesse, kus toimub valgusüntees.

DNA replikatsioon

Replikatsioon on DNA kahekordistumine enne raku jagunemist (e toimub interfaasis)

Kus toimub replikatsioon?

Replikatsioon toimub seal, kus leidub DNAd: tuumas, tuumapiirkonnas, kloroplastides, mitokondrites

Replikatsiooni etapid

1. DNA replikatsioon saab alguse spetsiifilistest punktidest (ORI), millele seonduvad initsiaatorvalgud (ORC kompleks)

2. Seejärel seondub ORC kompleksiga ensüüm helikaas, mis lõhub H-sidemed ja avab biheeliksi.  See vajab ATP energiat. Seda regiooni DNA-s nimetatakse replikatsioonikahvliks

3. Ensüüm DNA polümeraas III sünteesib ühte uut DNA ahelat  pidevalt - seda nimetatakse juhtivaks ahelaks. Süntees saab toimuda ainult suunas 5’ → 3’

4. Teise ahela süntees peab seetõttu kulgema vastassuunas ja fragmentide kaupa  - see on  mahajääv ahel. Tekivad 100  -200 np pikkused Okazaki fragmentideks.

5. Kuna DNA polümeraas III ei ole võimeline sünteesi alustama ilma kaheahelalise lõiguta, siis sünteesib ensüüm DNA primaas  replikatsiooni alguskohale RNA-lõigu - praimeri  (u10 nukleotiidi)

6. Praimeri vabasse 3’- otsa liidab DNA-polümeraas III esimese nukleotiidi ja jätkab sealt sünteesi.

7. Kui DNA polümeraas III  jõuab viivitava ahela eelmise praimerini, siis ta eemaldub.

8. Nüüd DNA polümeraas I  lagundab RNA praimeri suunas 5’→3’ ja sünteesib asemele DNA järjestuse.

9. Lõpuks peavad Okazaki fragmentide vahele tekkima fosfodiestersidemed, mille moodustamist katalüüsib ensüüm DNA ligaas.

Et DNA ahelat replikatsioonikahvli ees lahti keerutada, selleks on ensüüm topoisomeraas, mis teeb pidevalt katkestusi  fosfodiestersidemetes. Kokkuvõttes pikeneb ka mahajääv ahel replikatsioonikahvli liikumise suunas.

DNA ahelate antiparalleelsus

Üks ahel on suunas 3` - 5` ja teine 5` - 3` e ahelad on erinevates suundades

Mida tähendab, et DNA replikatsioon on semikonservatiivne protsess?

Kui hakata DNA-d kahekordistama, on uues biheeliksis alati üks vana DNA ahel ja teine alati uus - pärilikkusinfo säilib

Mida nimetatakse ORI-deks?

DNA replikatsiooni spetsiifiline alguspunkt

Mis on ORC kompleks?

ORI-le seonduvad initsiaatorvalgud ning moodustub ORC kompleks

Mis on replikatsioonikahvel?

Kui ensüüm DNA helikaas hakkab DNA-d kahekordistama, teeb ta biheeliksi lahti ning see näeb välja nagu kahvel

ehk Replikatsioonikahvel on DNA ahel, kus vesiniksidemed aluspaaride vahel on lõhutud/lõhkumisel (Y kujuline)

Mis on DNA helikaas?

Ensüüm, mis seondub ORC-kompleksiga ja lõhub aluspaaride vahelised vesiniksidemed ning avab biheeliksi, et saaks alata replikatsioon

DNA polümeraas III

Ensüüm, mis sünteesib uut DNA ahelat

DNA juhtiv ahel

Ahel, mida DNA polümeraas III sünteesib pidevalt suunas 5` - 3` e piki replikatsioonikahvlit/replikatsioonikahvliga samas suunas

DNA mahajääv ahel

Teine ahel, mille süntees toimub vastassuunas replikatsioonikahvliga ning fragmentide kaupa

Okazaki fragmendid

Neid kasutatakse mahajäävas ahelas uue ahela sünteesimiseks (eukarüootidel u 100-200 aluspaari pikkused) - seatakse ritta nagu ehitusklotse, et hiljem moodustuks teiste ensüümide kaasabil uus terviklik ahel

Mis on praimer?

Replikatsiooni alguskohas olev RNA-lõik (u 10 nukleotiidi pikk), ilma selleta ei suudaks DNA polümeraas III sünteesi alustada

Mis on DNA-primaas?

Ensüüm, mis sünteesib praimeri

Mis on DNA polümeraas I?

Ensüüm, mis lagundab RNA praimeri suunas 5´ - 3´ ja sünteesib asemele DNA järjestuse

Mis on DNA -ligaas?

Ensüüm, mis tekitab Okazaki fragmentide vahele fosfodiestersidemed e seob fragmendid omahavel terviklikuks ahelaks

Mis on topoisomeraas?

Ensüüm, mis keerutab pidevalt biheeliksit lahti, et vältida DNA ahela superspiralisatsiooni

DNA superspiralisatsioon

DNA kaksikahela keerdumine ümber iseenda

Mis on transkriptsioon?

DNA ühe ahela alusel komplementaarse RNA molekuli süntees, toimub rakutuumas

RNA - polümeraas

Ensüüm, mis aitab transkriptsioonil RNA-d sünteesida, seostub DNA-l promootoriga

Promootor

DNA osa, millega algab transkriptsioon

Terminaator

DNA osa, millega lõppeb transkriptsioon

Mis on geen?

DNA lõik, mille alusel sünteesitakse (m)RNA (info valgu kohta), promootorist terminaatorini

Mis on geeni avaldumine?

Geen avaldub, kui toimub geeni alusel mRNA süntees - saab toimuda 1-ahelaliselt DNA-lt

Intronid

Ebavajalikud DNA osad, mis ei kanna valgusünteesiks infot

Eksonid

Vajalikud DNA osad valgusünteesi info kandmiseks

RNA töötlemine/splaissing

RNA molekulist lõigatakse välja see, mida pole vaja (e intronid) ja oluline osa (e eksonid) ühendatakse omavahel

Transkriptsiooni etapid

• RNA polümeraas kinnitub DNA molekuli kindlale piirkonnale, promootorile.

• RNA polümeraas avab DNA kaksikahela ja hakkab üht ahelat (nn matriitsahelat) kasutama RNA sünteesiks

2. Pikenemine (elongatsioon):

• RNA polümeraas liigub mööda DNA matriitsahelat, lisades ükshaaval RNA nukleotiide, mis vastavad DNA nukleotiididele.

• RNA süntees toimub suunas 5' → 3'

3. Lõpp (terminatsioon):

• RNA polümeraas jõuab DNA-s kindlasse piirkonda, terminaatorile, mis annab märku transkriptsiooni lõppemisest.

• Valminud RNA ahel, mida nimetatakse esmaseks transkriptsiooniks või pre-mRNA-ks (eukarüootides), eraldatakse RNA polümeraasi küljest ja DNA ahelad ühinevad uuesti omavahel.

4. Töötlemine (eukarüootides):

• Täiendav töötlemine, mille käigus pre-mRNA-d muudetakse küpseks mRNA-ks:

  • Toimub splaisimine, mille käigus eemaldatakse mittekodeerivad lõigud ehk intronid ja liidetakse kodeerivad lõigud ehk eksonid kokku.

5. mRNA eksport ja translatsioon:

• Küps mRNA transporditakse tuumast tsütoplasmasse, kus see osaleb valgusünteesis ehk translatsioonis ribosoomide abil.

Translatsioon

RNA alusel (geneetilise koodi/töödeldud RNA alusel) sünteesitakse valk, toimub ribosoomis

Translatsiooni etapid

RNA kinnitub ribosoomi külge, ribosoom liigub mööda mRNAd kuni jõuab AUG koodonini, translatsioon algab.

tRNA molekulid toovad aminohappeid ribosoomi. Ribosoom liigub mööda mRNAd ühe koodoni võrra korraga, iga koodoni jaoks tuleb uus tRNA oma aminohappega. Kui uus tRNA toob järgmise aminohappe, siis peptiidside moodustub olemasoleva aminohappeahela ja uue aminohappe vahel.

Translatsioon jätkub kuni ribosoom jõuab stoppkoodonini, polüpeptiidahel vabaneb ribosoomist.

Geneetiline kood

mRNA molekuli kolm järjestikust nukleotiidi määravad ära ühe kindla aminohappe valgumolekulis - selline vastavus ongi geneetiline kood

Koodon

Kolm järjestikku asuvat nukleotiidid mRNA-s - määravad ära ühe aminohappe

Antikoodon

tRNA küljes, on koplementaarne mRNA küljes oleva koodoniga, tRNA transpordib aminohappeid ribosoomi

Initsiaatorkoodon

Alguskoodon - AUG, siit algab ALATI valgusüntees (vastav aminohape on metioniin)

Stoppkoodon

UGA, UAA, UAG - lõpetavad valgusünteesi

Sünonüümsus

Ühele aminohappele vastab mitu koodonit

Ühetähenduslikkus

Üks koodon määrab ära ühe kindla aminohappe

Universaalsus

Ühesugune koodonite ja aminohapete vastavus eksisteerib peaaegu kõigis pro - ja eukarüootides

Mittekattuvus

Iga mRNA molekuli nukleotiid kuulub ainult ühe koodoni koosseisu

histoonid

Erilised valgud, positiivselt laetud, DNA keritakse histooni ümber (hoiavad koos, sest DNA on negatiivse laenguga)
- Aitab DNA-d kromosoomis kokku pakkida - kompaktsus - mahub rakutuuma
- DNA niit ei lähe “sassi - uued rakud terved

Polüsoom

mRNA molekuliga seotud ribosoomide kogu

Repressor

Regulaatorvalk (pärssiv), avaldumist takistav valk

Genoom

Organismi kogu geneetiline materjal

PCR

polümeraasi ahelreaktsioon, vajalik DNA kiireks ja rohkeks paljundamiseks (miljard molekuli = 1h)

PCR-iks vajalik

1. pisikesed DNA jupid, mis paljundatava DNA-ga paarduksid sinna, kus komplementaarne

2. Kõrget temperatuuri taluv polümeraas - eraldatakse kuumaveeallikas elavatest bakteritest

3. Nukleotiide ja praimereid

Kuidas toimib PCR meetod?

1. Segu kuumutatakse - katkevad DNA-ahelate vahel olevad vesiniksidemed ja ahelad eralduvad üksteisest

2. Langetatakse temp. - pisikesed DNA jupid seonduvad paljundataval DNA-l sinna, kus komplementaarne

3. Tõstetakse temp. - DNA-polümeraas saab sünteesida uue DNA ahela

Korratakse mitukümmend korda - iga tsükliga kahekordistub paljundatava DNA hulk

Miks on PCR vajalik?

• ammu surnud organismide DNA paljundamine

• isaduse tuvastamine

• nakkushaiguste diagnoosimine