DNA pakkimine, kromosoomide ehitus

Kromosoomid on autosoomid, sugukromosoomid, diploidne(genoomi on 2), haploidne(ühekordne genoom), trisoomia(XXX-sündroom)

Kromosoomide ehitus

Kromosoom tekib vaid jagunemise ajaks (mitoosi,-meioosi protsessiks) - DNA ja valgu molekulide kompleks (nukleoproteiin), milles sisalduvad geenid määravad pärilikke tunnuseid.  Kromosoomid koosnevad DNA´st ja sellele kinnitunud valgumolekulidest. Valgu molekule nimetatakse histoonideks. Kromosoomides asuvad geenid.

Kromosoomis asuvad lineaarses järgnevuses ja kindla paiknevusega geenid ning mitmesugused mittegeensed nukleotiidijärjestused (lookused). Kromosoom sisaldab ühe DNA molekuli massivõrdse koguse aluselisi valke – histoone, varieeruvas hulgas mittehistoonseid (happelisi) valke ja vähesel hulgal RNAd. Seda kromosoomi koostisainete kompleksi nim. kromatiiniks.

- Lineaarne kromosoom – replikatsiooni originid(DNA sünteesi alguspunkti), tsentromeer (tütarkromosoomide jagunemine), kaks telomeeri (kromosoomi tervikliku struktuuri säilitamine paljude jagunemiste käigus)

- Kromatiin=DNA + valgud

- Eukromatiin – lahtipaktud kromatiin(geenid ekspresseerunud)

Heterokromatiin – kokkupakitud (geenid vaigistunud)

Histoonid

- Aluselised valgud

- Reguleerib kromatiini struktuuri ja geenide aktiivsust.

DNA replikatsioon

Replikatsioon algab spetsiifilistelt genoomi lõikudelt, mida kutsutakse originideks.

- DNA polümeraas katalüüsib replikatsiooni. DNA polümeraasi kopeerimisvigade hulka vähendab ensüümi 3’-5’ eksonukleaasne aktiivsus, mis eemaldab mittepaardunud nukleotiidi.

· sünteesib suunas 5’-3’

· vajab vaba 3’OH otsa

· omab ühtlasi 3’-5’ eksonukleaasset aktiivsust

- 3’OH tuleb RNA praimerist, mille sünteesib DNA primaas

- Juhtahel sünteesitakse pidevana, mahajääv ahel Okazaki fragmentidena

RNaseH lagundab RNA, tühimikud täidab DNA polümeraas ja eri fragmendid ühendab fosfodiestersidemega DNA ligaas  

- Lisaks osalevad ensüümid, mis ületavad DNA replikatsiooni käigus tekkivaid ruumilisi takistusi

· DNA helikaas sulatab kaksikahela lahti

· Üksikahelalist DNAd stabiliseerivad valgud

· Topoisomeraasid teevad DNA ahelatesse ajutisi auke (nick) ja katkeid (break)

- Päristuumsetel rakkudel toimub see enne mitoosi ja meioosi. Matriitssüntees- st, et DNA, RNA ja valgud sünteesitakse olemasolevate molekulide (DNA või RNA) ahelate alusel, mis määravad sünteesitavate molekulide monomeeride järjestuse. Sel teel tagatakse geeneetilise info ülekanne.

Geen ja genoom

Geen - DNA järjestuse lõik, funktsionaalne ühik, mis kodeerib valku või struktuurset, katalüütilist või regulatoorset RNAd

- regulatoorsed järjestused ja kodeeriv ala

- kodeeriv ala eukarüootidel koosneb eksonitest (kodeeriv ala, mis on küpse RNA koostises) ja intronitest (transkribeeritav ala, mis lõigatakse RNA-st välja), vt skeemi vihikust.

Genoom - ühes liigiomases kromosoomikomplektis sisalduv geneetiline materjal ehk sisuliselt siis DNA. Inimese genoom koosneb 24 kromosoomist. 3,2 miljardit nukletiidi, HIVil 10 000 nt

Transkriptsioon

Kõigepealt on seal preRNA, mis koosneb eksonitest ja intronitest, siis splaissingu teel (lõigatakse välja) saadakse ainult eksonid, millest moodustub küps RNA, mille järgi saab valgu.

Transkriptsioon- matriitssüntees, mille käigus saadakse DNA molekuli ühe ahela nukleotiidse järjestusega komplementaarne RNA molekul.

 

Kui geenilt toimub transkriptsioon, nim seda geeni avaldumiseks. Avaldumise järgi jaotatakse geenid 4 gruppi: 1)Samaaegselt kõigis rakkudes avalduvad geenid- rRNA, tRNA. 2)Kindla koe rakkudes avalduvad geenid- insuliini geen kõhunäärmerakk udes. 3)Rakkude mingil kindlal elutegevuse etapil avalduvad geenid, näiteks: loote elundkondade väljaarenemine. 4)Geenid, mis ei avaldu mitte kunagi evolutsioonis, kaotanud oma tähtsuse.

Geenide aktiivsust reguleerivad: struktuurgeenid, mis määravad raku ehituses ja ainevahetuses osalevate valkude, tRNA ja rRNA sünteesi, ning regulaatorgeenid kontrollivad struktuurgeenide avaldumist.

· toimub 5’-3’

· viib läbi RNA polümeraas

- prokarüootidel abifaktor σ

· ei vaja praimerit

· süntees algab promootorilt...

- kindel DNA signaaljärjestus, seonduvad regulaatorvalgud

·... lõppeb terminaatorini jõudmisel     

- DNA järjestus, kus RNA pol vabastab sünteesitud RNA

· Initsiatsioon (RNA pol seondub DNA promootorile ning algab transkript), pärast seda vabastatkse promootor ning algab elongatsioon (sünteesimine), terminatsioon (elongatsiooni lõppemiseks on vajalik terminatsiooni signaal, lõpuks lõpetatakse süntees)

· täpsus: 1 viga iga 10 000 nt kohta

 

TRANSKRPITSIOON
I. Koht:
Eeltuumsed- tsütoplasmas
Päristuumsed tuumas, mitokondrites, kloroplastides.
II. Aeg:
Eeltuumsetel - kogu raku eluea jooksul
Päristuumsetel enamuse rakutsükli ajast va mitoos ja meioos (siis ei toimu)
III. Eeldused:
1. Üksikahelaline DNA lõik

2. Ensüümid: RNA polümeraas
3. Energeetilised faktorid ATP
4. Nukleotiidid RNA koostises
5. Protsessi kontrollivad ja reguleerivad valgud
IV: Olemus:
Kopeerimistüüp ehk matriitssüntees
V: Komplementaars us
VI: Tulemus:
Transkriptsioonil moodustuvad kõik 3 tüüpi RNA molekulid
Tekivad RNA eelmolekulid, mis vajavad täiendavat töötlust:
eelmolekulist kas eemaldatakse teatud lõigud
jaguneb teatud fragmentideks
lisatakse teatud järjestused
muudetakse keemilist koostist (N-aluseid)

27.  mRNA struktuur prokarüootidel ja eukarüootidel.

Erinevused:

- rakutuum

- geenis intronid, pre-mRNA läbib splaisingu, modifitseeritakse (5’cap ja 3’polüA-saba) ja eksporditakse tuumast tsütoplasmasse

- transkriptsiooniks on vaja aktivaatorvalke

- promootorid on keerulisemad

mRNA osad:

- avatud lugemisraam e ORF

· open reading frame, valku kodeeriv osa translatsiooni initsiaatorkoodonist kuni stopkoodonini

- mittekodeerivad järjestused 5’UTR ja 3’UTR

- eukarüootidel on 5’cap ja 3’polü-adenosiin-järjestus (polüA saba)

Translatsioon toimub ribosoomidel. RNA molekuli, millelt toimub translatsioon, nimetatakse mRNA-ks (inglise keelest messenger RNA). Prokarüootsetes rakkudes on primaarne transkript üldjuhul ka koheselt transleeritav. Eukarüootses rakus toimub aga primaarse transkripti,pre-RNA, protsessimine transleeritavaks mRNA molekuliks. Enamus eukarüootseid geene rakutuumas sisaldavad endis mittekodeerivaid alasid – introneid, mis vahelduvad kodeerivate piirkondadega – eksonitega. Intronjärjestusi sisaldavatelt geenidelt sünteesitakse transkriptsiooni käigus pre-mRNA, millest seejärel kõrvaldatakse mittekodeerivad järjestused splaissingu (splicing) teel. Slaissingureaktsiooni läbiviimiseks moodustub makromolekulaarne struktuur, mida nimetatakse splaissosoomiks. Enne splaissimist lisatakse pre-mRNA-le 5´-otsa 7-metüülguanosiin ja 3´- otsa polü-A järjestus – polüA saba, mis on 20-200 nukleotiidi pikk. Kõik need protsessid toimuvad rakutuumas. Protsessitud mRNA transporditakse tsütoplasmasse ning alles seal toimub translatsioon. Erinevalt eukarüootidest, kus transkriptsioon ja translatsioon on ajaliselt ja ruumiliselt teineteisest lahutatud, toimuvad prokarüootsetes rakkudes mõlemad protsessid korraga: parasjagu sünteesitavalt mRNA molekulilt algab kohe ka translatsioon.

 

MRNA protsessing

- Prokarüootidel on geeni poolt määratav esmane transkript võrdne mRNA-ga ning ta on ka kohe transleeritav. Eukarüootides toimub aga esmalt eellas- ehk pre-mRNA süntees, misjärel toimub nn. eellas-mRNA protsessing küpseks mRNA-molekuliks.

- Protsessimise käigus toimub enne translatsiooni pre-mRNA-lt spetsiifilise järjestuse kõrvaldamine ning transkripti mõlema otsa modifikatsioon. Enamikus eukarüootsetes geenides onmittekodeerivad järjestused e. intronid, mis lõigatakse RNA protsessingul RNA-st välja, ühendades sellega RNA-s geeni kodeerivad järjestused ehk eksonid. Hulkraksete intronid on reeglina palju pikemad (1500 nukleotiidi) kui eksonid (500 nukleotiidi).

- Intronite väljalõikamise protsessi nimetatakse geeni splaissinguks. Kogu info introni väljalõikamise (splaissmise) kohta paikneb intronis endas. Valku kodeerivate geenide pre-mRNA splaissingpeab toimuma väga täpselt, et mRNA saaks kodeerida funktsionaalset valku. Intronite täpne väljalõikamine peab toimuma nukleotiidi täpsusega, vastasel juhul läheb lugemisraam paigast ära.

- Enne splaissingut lisatakse pre-mRNA 5’-otsa 7-metüülguanosiinmüts ja 3’otsa transkriptsioonijärgselt pärast splaissingut 20–200 nukleotiidi pikkune polü-(A)-järjestus ehk polü-(A)-saba. 7-metüülguanosiinmüts aitab kaitsta kasvavat RNA-ahelat nukleaaside degradatsiooni eest ning eukarüootide mRNA polü(A)-saba suurendab oluliselt transkripti stabiilsust ja tal on tähtis roll mRNA transportimisel tuumast tsütoplasmasse. Küpses mRNA-s on ka mittekodeerivad piirkonnad (ingl. UTR-untranslated regions) – liider (alguses, 5’ osas), treiler (lõpus, 3’ osas)

- Splaissingu läbiviimiseks moodustub makromolekulaarne struktuur, mida nimetatakse splaissosoomiks. Kõik nimetatud protsessid toimuvad tuumas. Protsessitud mRNA transporditaksetsütoplasmasse, kus ta transleeritakse. Translatsioon on mRNA-s nukleotiidide järjestusena salvestatud informatsiooni ülekandmine aminohapete järjestuseks sünteesitava valgu molekulis. mRNA nukleotiidide triplettide vastavust aminohapetele valgu molekulis nimetatakse geneetiliseks koodiks.^[6][1]

- Järelikult on transkriptsioon ja translatsioon eukarüootidel ajaliselt ja ruumiliselt lahutatud. Seevastu prokarüootsetes rakkudes toimuvad transkriptsioon ja translatsioon järjestikku: sünteesitudmRNA osaleb kohe ka translatsioonil.

Geneetiline kood

- igat aminohapet polüpeptiidis kodeerib üks nukleotiiditriplett

- tripletid ei kattu omavahel ning pole ka väljajäetavaid nukleotiide

- kood on kõdunud – ühele aminohappele vastab rohkem kui üks koodon, erinevus on enamasti viimases nukleotiidis

- sarnastele aminohapetele vastavad sarnase järjestusega koodonid

- stopp-koodonid

- koodi universaalsus

Geneetiline kood- on vastavus, kus mRNA kolm järjestikust nukleotiidi (st. koodon) määravad ära ühe aminohappe paigutuse valgu molekulis.