Biológus MSc

Molekuláris biológiai

alapismeretek

A nukleotidok építőkövei

A nukleotidok szerkezete

• Nukleotid = N-tartalmú szerves bázis + pentóz + foszfát

N-glikozidos kötés

(Foszfát)észter-kötés

1

2 3

4

5

A nukleotidok szerkezete

Purinszármazékok:

• Koffein (1,3,7 trimetil-xantin)

• Teofillin (1,3 dimetil-xantin)

• Teobromin (3,7 dimetil-xantin)

A DNS szerkezeti szintjei 1

Foszfodiészter kötés

A DNS szerkezeti szintjei 2

A DNS szerkezeti szintjei 3

A DNS szerkezeti szintjei 3

A DNS negyedleges szerkezete

prokariótákban

A DNS negyedleges szerkezete

eukariótákban

A kromoszóma szerkezete

https://www.youtube.com/watch?v=dKubyIRiN84

A DNS funkciója

• Genetikai információ tárolása

• Genetikai információ Utódsejtnek

átadása

• Genetikai információ kifejeződésének

biztosítása

RNS típusok• A, U, G, C, Ribose

• mRNS: messenger RNS

• tRNS: transfer RNS

• rRNS: ribosomal RNS– Pro: nagy: 5S, 23S, kis: 16S

– Eu: nagy: 5S, 5.8S, 28S, kis: 18S

• Kis RNS-ek– snRNA: small nuclear RNA

– snoRNA: small nucleolar RNA

– micRNA: mRNA inhibitory complementary RNA

– siRNA: small interfering RNA

RNS

DHU-hurok

Anticodon-

hurok

TφC-hurok

Centrális dogma

translation

replication

transcription

Centrális dogma

DNA

DNA

mRNA protein

replication

transcription

translation

A genetikai kód• DNS információt hordoz genetikai kódban

tárol

• Gén = az a DNS régió, ami fehérjét, vagy

funkcionális RNS-t kódol

• Az aminosavakat bázishármasok/tripletek

kódolják

• 4 bázis – 20 proteinogén aminosav 43 = 64

triplet szinonim kódok a genetikai kód

degenerált (redundáns)

A genetikai kód

• DNS tripletje információt tárol: kód

• Transzkripció = (m)RNS szintézis

mRNS tripletje információt szállít: kodon

• Transzláció = fehérje szintézis

tRNS tripletje aminosavat szállít: antikodon

A DNS replikációja

A DNS replikációja

• DNS replikáció = reduplikáció genetikai

információ továbbítása az utódsejtbe

• DNA kettőshélixe kitekeredik szimpla szálakká

(single strands), amik templát-ként szolgálnak

az új DNS szálnak

• A replikáció szemikonzervatív

A DNS replikációja

• 3 szakasz :

– Iniciácio (1)

– Elongácio (2)

– Terminácio (3)

A replikáció iniciációja

prokariótákban

A replikáció iniciációja

prokariótákban

• Replikációs origó (E. coli: oriC region) – a

kezdőpont

• A replikációs origó konszenzus szekvencia, azaz

evolúciósan nagyon stabil bázissorend

Replication origo of E.

coli (oriC region)

A replikáció iniciációja

prokariótákban

• dnaA fehérje felismeri a replikációs origót,

és köt a dnaA kötőhelyre

• dnaB és dnaC fehérjék:

– Kötnek a dnaA -hoz

– Helikáz aktivitásuk van: felbontják a

bázispárok közti H- kötéseket dupla

szálú DNS felnyílik, kialakul a replikációs

buborék/villa

A replikáció iniciációja

prokariótákban

• SSB fehérjék (Single Strand Binding

Proteins) – megakadályozzák hogy a

szálak visszakötődjenek

http://www.bio.miami.edu/dana/250/250S11_7.html

A replikáció iniciációja

prokariótákban

Direction of replication Direction of replication

Replication bubble

A replikáció iniciációja

prokariótákban

• Mindkét szál „templát”!

• Az új szál szintéziséhez szabad 3’-OH-

csoport kell primer kötődik a DNS

templáthoz

• Primer: rövid RNS szakasz (10-30b)

• Primer szintézise a primáz enzim által történik a

primoszómában

A replikáció iniciációja

prokariótákban

A replikáció elongciációja

prokariótákban

• DNS polimeráz III. (DNs-függő DNS

polimeráz III.): az új DNS szál szintézise

irány: 5’ 3’

• Nukleotidok beépítése az új szálba:

Dezoxiribonukleotid trifoszfát (dNTP)

Dezoxiribonukleotid monofoszfát (dNMP)

épül be + anorganikus pirofoszfát

felszabadul

A replikáció elongciációja

prokariótákban

• Vezető szál (Leading strand): folyamatos

szintézis

• Csak 1 primer kell

• Követő/késlekedő szál (Lagging strand):

szakaszos szintézis rövid fragmentumok

alakulnak ki

– Minden fragmentumhoz kell egy primer

primer + DNS = Okazaki-fragmens

A replikáció elongciációja

prokariótákban

A replikáció elongációja

prokariótákban

A replikáció terminációja

prokariótákban

• A replikáció végén a terminus szekvenciánál a DNS

polimeráz III ledisszociál

• DNS polimeráz I. :

– Primereket hidrolizálja (5’-3’ exonukleáz aktivitás)

– Kicseréli DNS dezoxiribonukleotidokra (5’-3’ polimeráz

aktivitás)

• DNS ligáz: összeköti (foszfátészerkötés) a DNS

fragmenteket (ATP kell!)

A replikáció terminációja

prokariótákban

A DNS ligáz működése

Topoizomerázok

• Replikáció során a cirkuláris DNS szál

túlcsavarodik feszültség keletkezik

– Topoizomeráz I.: csak egy szálat hasít,

nem kell ATP

– Topoizomeráz II. (DNS giráz): mindkét szálat

hasítja, ATP-t használ

Topoizomerázok

DNS polimerázok

(+fehérjék)

repliszómába állnak

össze

két szálon

párhuzamos a másolás

A replikáció

összefoglalása

https://www.youtube.com/watch?v=dKubyIRiN84

1:40-től

Replikáció Eukariótákban

• Nagyon hasonló a prokariótákhoz

• Fő különbségek:

– Több replikációs origó több repliszóma

replikáció több helyen zajlik szimultán

– DNS polimerázoknak más a neve

– Telomer szekvenciák

Eukarióta DNS polimerázok

• DNS polimeráz α: Új DNS szál szintézise –

primerhez közel

(~ prokarióta DNS polimeráz III.)

• DNS polimeráz β: Fő javító enzim (ι, η, ζ, κ is)

(~ prokarióta DNS polimeráz I.)

• DNS polimeráz γ: Mitokondriális DNS

replikációja

• DNS polimeráz δ: Új DNS szál szintézise –

primertől távol

– PCNA (proliferating cell nuclear antigen) szükséges

hozzá

Telomer szekvenciák

• 5’ végen az utolsó primert nem lehet DNS-re

kicserélni (szabad 3’ vég kell utána) kromoszóma

minden egyes replikációnál rövidül a genetikai

információ károsodhat

• Megoldás: telomer szekvenciák

• Telomer:

– G gazdag extra szekvencia a DNS 3’ végéhez csatolva

– Nem tartalmaz genetikai információt, így ha elvész nem

okoz problémát

– Telomeráz enzim szintetizálja

Telomeric sequence

http://www.bio.davidson.edu/Courses/Molbio/MolStudents/spring2010/Jordan/telomerase.html

https://www.youtube.com/watch?v=AJNoTmWsE0s

Köszönöm a figyelmet!