DNA to podwójna helisa -dwie nici polinukleotydowe połączone wiązaniami wodorowymi między zasadami azotowymi. Nici są antyrównoległe (5'→3' i 3'→5').
Reguły Chargaffa:
A = T (2 wiązania wodorowe) G ≡ C (3 wiązania wodorowe)
Więcej par G≡C → wyższa temperatura topnienia (Tm) DNA -bo 3 wiązania zamiast 2.
Przykład: Jeśli w DNA jest 32% adeniny, to T = 32%, a G = C = (100% − 64%)/2 = 18% każde.
Parowanie zasad: A=T (2 wiązania) i G≡C (3 wiązania). Nici antyrównoległe.
Każda nowa cząsteczka DNA zawiera jedną starą i jedną nową nić (replikacja semikonserwatywna, eksperyment Meselsona-Stahla).
| Enzym | Funkcja |
|---|---|
| Helikaza | Rozplata podwójną helisę (rozrywa wiązania H) |
| Białka SSB | Stabilizują rozplecione nici jednoniciowe |
| Primaza | Syntetyzuje starter RNA (primer) -potrzebny do startu Pol III |
| Polimeraza DNA III | Główny enzym replikacyjny: synteza 5'→3', korekta 3'→5' |
| Polimeraza DNA I | Usuwa primery RNA, wypełnia luki DNA |
| Ligaza | Łączy fragmenty Okazaki (nić opóźniona) |
| Topoizomeraza | Likwiduje superskręty przed widełkami |
Nić wiodąca vs opóźniona:
Wiodąca: synteza ciągła 5'→3' w kierunku widełek.
Opóźniona: synteza nieciągła (fragmenty Okazaki, ~1000-2000 nt u prokariota, ~100-200 u eukariota) -potrzebne wiele primerów i ligaza.
Transkrypcja = synteza RNA na matrycy DNA. Polimeraza RNA czyta matrycę 3'→5', syntetyzuje mRNA 5'→3'. Nie wymaga primera!
Etapy:
1) Inicjacja -Pol RNA rozpoznaje promotor (TATA box u eukariota, sekwencja -10/-35 u prokariota).
2) Elongacja -synteza mRNA wg komplementarności (A→U, T→A, G→C, C→G).
3) Terminacja -sygnał stop (terminator).
Obróbka pre-mRNA (eukariota):
• Czapeczka 5' (cap, 7-metyloguanozyna) -ochrona, rozpoznanie przez rybosom.
• Ogon poly(A) 3' (~200 A) -stabilność mRNA.
• Splicing -usunięcie intronów, połączenie eksonów (spliceosom = snRNP).
| Cecha | Prokariota | Eukariota |
|---|---|---|
| Pol RNA | 1 rodzaj | 3 (I, II, III) |
| mRNA | Policistronowe | Monocistronowe |
| Obróbka | Brak (transkrypcja = translacja) | Cap + poly(A) + splicing |
| Introny | Rzadko | Często |
6 cech kodu genetycznego:
1) Trójkowy -3 nukleotydy = 1 kodon = 1 aminokwas
2) Zdegenerowany -kilka kodonów może kodować ten sam aa (np. leucyna: 6 kodonów)
3) Jednoznaczny -każdy kodon koduje dokładnie 1 aa (nie odwrotnie!)
4) Bezprzecinkowy -kodony czytane bez przerw
5) Uniwersalny -prawie identyczny u wszystkich organizmów (wyjątki: mitochondria)
6) Kodon START: AUG (metionina) Kodony STOP: UAA, UAG, UGA
Przykład odczytu: mRNA: 5'-AUG-UCA-GGA-UAA-3'
AUG = Met (start), UCA = Ser, GGA = Gly, UAA = STOP → peptyd: Met-Ser-Gly (3 aminokwasy, 2 wiązania peptydowe)
Rybosom = mała podjednostka + duża podjednostka:
Prokariota: 70S = 30S + 50S Eukariota: 80S = 40S + 60S
S = jednostka Svedberga (sedymentacja). Znaczenie medyczne: antybiotyki (np. chloramfenikol, tetracykliny) hamują 70S, nie 80S → selektywnie zabijają bakterie.
3 miejsca na rybosomie:
A (aminoacyl) -wchodzi nowe aminoacylo-tRNA
P (peptydyl) -tu jest rosnący łańcuch peptydowy
E (exit) -wychodzi puste tRNA
Etapy translacji:
1) Inicjacja -mała podjednostka + mRNA + tRNA-Met na AUG → dołącza duża podjednostka.
2) Elongacja -cykl: wejście tRNA do A → wiązanie peptydowe (peptydylotransferaza) → translokacja (A→P→E).
3) Terminacja -kodon STOP → czynnik uwalniający (RF) → uwolnienie peptydu.
| Typ mutacji | Zmiana | Efekt |
|---|---|---|
| Cicha (silent) | Zmiana nukleotydu, ten sam aa | Brak (degeneracja kodu) |
| Zmiany sensu (missense) | Zmiana nukleotydu → inny aa | Łagodny lub ciężki (np. HbS: Glu→Val) |
| Nonsensowna (nonsense) | Kodon sense → STOP | Skrócony, zwykle niefunkcjonalny białko |
| Przesunięcie ramki | Insercja/delecja (nie ×3) | Zmiana WSZYSTKICH kodonów poniżej → katastrofalna |
Operon lac (regulacja u E. coli):
• Brak laktozy, brak glukozy: represor na operatorze → geny wyłączone.
• Jest laktoza, brak glukozy: allolaktoza odłącza represor + CAP-cAMP aktywuje promotor → EKSPRESJA MAKSYMALNA.
• Jest glukoza: niezależnie od laktozy → represja kataboliczna (niski cAMP, brak CAP) → geny wyłączone/słabe.
Splicing alternatywny: Z jednego genu → wiele wariantów mRNA (przez różne kombinacje eksonów). Kluczowy mechanizm różnorodności białek u eukariota.
Nić matrycowa DNA: 3'-TAC GGA ATT-5'. Podaj sekwencję mRNA.
W DNA organizmu adenina stanowi 28% zasad. Ile procent stanowi guanina?
Ile wiązań wodorowych łączy dwuniciowy fragment DNA: ATGCGC?
Uporządkuj etapy ekspresji genu od początku do końca (u eukariota):
Nić opóźniona syntetyzowana jest jako fragmenty Okazaki. Dlaczego?
Zaznacz wszystkie modyfikacje pre-mRNA u eukariota:
Ile aminokwasów zakoduje sekwencja mRNA: 5'-AUG UCA GGA UAA-3'?
Dlaczego degeneracja kodu genetycznego sprawia, że wiele mutacji jest cichych?
W którym miejscu rybosomu zachodzi tworzenie wiązania peptydowego?
Kodon CAG (Gln) zmutował do UAG. Jaki to typ mutacji?
Nić matrycowa DNA: 3'-TAC AAG GCT ATT-5'.
(1 pkt) Podaj mRNA:
(1 pkt) Ile aminokwasów w białku (nie licząc Met)?
(1 pkt) Ile wiązań peptydowych w produkcie?
Dwa fragmenty DNA: (A) 60% G+C i (B) 40% G+C. Który ma wyższą temperaturę topnienia Tm?
Splicing alternatywny pozwala na:
Operon lac u E. coli. Podaj stan ekspresji genów strukturalnych w następujących warunkach:
(1 pkt) Brak laktozy + brak glukozy:
(1 pkt) Jest laktoza + brak glukozy:
(1 pkt) Jest laktoza + jest glukoza:
W hemoglobinie sierpowatej (HbS) kodon GAG (Glu) zmutował do GUG (Val). Jaki to typ mutacji?
Uporządkuj typy mutacji od najłagodniejszego efektu na białko do najpoważniejszego:
Prawda czy fałsz: „U prokariota transkrypcja i translacja zachodzą jednocześnie."
Białko ma 50 aminokwasów. Ile wiązań peptydowych zawiera?
Zaznacz wszystkie prawdziwe stwierdzenia o rybosomach:
Gen u eukariota: matryca DNA 3'-TAC AAG GCT TCA AGA ATT-5'. Po transkrypcji i splicingu (intron = kodony 3-4 z mRNA) powstaje dojrzałe mRNA.
(1 pkt) Podaj pre-mRNA (przed splicingiem):
(1 pkt) Podaj dojrzałe mRNA po splicingu:
(1 pkt) Ile aminokwasów w białku?
(1 pkt) Podaj sekwencję peptydu (3-literowe kody):