12/4/2014
Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció
1859
1865
1869
1952 Hershey & Chase
1953!!!
1879
1903 1951 1950
1944
1928
1911
1
12/4/2014
1. DNS szerkezete
Mi az örökítő anyag? •
• • •
Friedrich Miescher 1868-ban sejtmagból izolált egy foszfor tartalmú vegyületet → „nuklein”(savas és bázikus részből állt). 1940-ben ismert volt, hogy a kromoszómát DNS és fehérje alkotja. A fehérjét gyanították, hogy az öröklődés makromolekulái. A DNS monoton szerkezetű
2
12/4/2014
Mi az örökítő anyag? •
•
A S. pneumoniae két törzse közül csak az egyik okoz betegséget egerekben, mert az R törzs baktériumait az immun-rendszer könnyen el tudja pusztítani. Az S törzs viszont hatásos védő kapszulát választ ki maga köré.
Mi az örökítő anyag? • Griffith baktérium kísérletei, 1928
3
12/4/2014
A DNS az örökítő anyag: Avery pneumokokkusz kísérletei - 1944
• A DNS-t viszonylag régóta ismerték, de nem tulajdonítottak neki komoly jelentőséget. • A II. világháború alatt, az idős Avery laboratóriumában került sor a DNS genetikai fontosságának felfedezésére.
A DNS az örökítő anyag •
• • •
Az S törzs elölt baktériumaiból kiszabadult anyagot felvették az R törzs sejtjei és ezáltal megváltozott a természetük: maguk is kapszula termelésre váltak képessé, transzformálódtak a transzformáló anyagot nem lehetett elbontani proteázok-kal, szénhidrát és zsírbontó enzimekkel de hatástalanná vált nukleázok alkalmazása esetén a tisztított DNS képes a baktériumokat transzformálni
4
12/4/2014
A DNS, és nem a fehérje örökít • •
Bakteriofágok használata (baktériumok vírusai) Hersey-Chase kísérlet
A DNS, és nem a fehérje örökít • •
Egy másik szellemes kísérlet is a DNS jelentőségét bizonyította a sugárzó izotópokkal (35S és 32P) jelölt komponensek közül csak a DNS került át az utódokba
5
12/4/2014
A nukleinsavak kémiája •
• •
A nukleinsavak viszonylag egyszerű felépítésű makromolekulák, amelyekben öt- féle szerves bázis fordul elő Ezek közül négy csak a DNS-ben, négy csak az RNS-ben fordul elő A szeves bázisoknak hidrogén-híd kötések kialakítására képes csoportjaik vannak
A nukleinsavak kémiája
• •
•
A nukleinsavak szerves bázisai egy cukor-foszfát lánchoz kapcsolódnak A cukor molekula ribóz, vagy dezoxiribóz lehet (RNS és DNS esetén) A dezoxi- cukor kevesebb féle kémiai reakcióban tud részt venni, ez nagyobb stabilitást biztosít a DNS-nek
6
12/4/2014
A nukleinsavak kémiája
•
•
A nukleinsav lánc 3’ OH és 5’ foszfát csoportokkal végződik, ez szabja meg a DNS irányítottságát A DNS cukor foszfát lánca monoton, a bázisok sorrendje határozza meg a DNS értelmét
A DNS szerkezetének felfedezése •
•
A DNS szerkezetének felfedezéséhez döntően hozzájárultak R. Franklin röntgendiffrakciós vizsgálatai Az ő eredményeinek értékelése vezetett a kettős, komplementer DNS szálból álló modell megalkotásához
7
12/4/2014
A DNS szerkezetének felfedezése •
•
A kutatási eredmények szintézisét F. Crick és JD. Watson végezte, akik megértették, hogy a kettős hélix léte egyben magyarázat az öröklődésre: a két lánc szekvenciája kölcsönösen meghatározza egymásét
A DNS szerkezete A modell kialakításában alapvető fontossággal bírt, hogy a bázisokat a megfelelő szerkezettel írjuk le Korábban is ismert volt, hogy a C és a G ill. az A és a T aránya azonos A kettős hélixben ennek nem csak szerkezeti, de működésbeli jelentősége is van
8
12/4/2014
A DNS szerkezete Az egyes bázisok csak a megfelelő párjukkal képesek hidrogén-híd kötéseket kialakítani
A DNS két szálát a bázisok között kialakuló hidrogén-híd kötések stabilizálják
9
12/4/2014
A DNS szerkezete • •
•
A bázisok közötti kölcsönhatás erőssége függ a környezet pH-jától, az ionerősségtől és a hőmérséklettől Magas hőmérsékleten (vagy alacsony ionerősség mellett) a DNS-t összetartó erők nem elégségesek a két lánc összetartására, a DNS láncai széttekerednek, a DNS denaturálódik A denaturáció reverzibilis folyamat (a láncok össze-állását hibridizációnak nevezzük)
A DNS szerkezete • • •
A DNS felszínén két „árok” található, a kis- és a nagy árok (major and minor groove) Az árkokba benyúlva „kitapinthatóak” a DNS bázisai A DNS-kötő fehérjék így ismerik fel a keresett szekvenciát
10
12/4/2014
A DNS szerkezete •
A DNS szerkezete rendkívül flexibilis, a cukor foszfát lánc igen rugalmas, a hajlítást, torziót jól viseli Élettani körülmények között a DNS B konformációban van Megtalálható Z és A formában is A Z-DNS a B-DNS-el ellentétes irányban tekeredik
• • •
Fág DNS • • •
A képen egy fág részecske fejéből kiszabadult DNS látszik A T4 fág kiszabadult DNS-e 290 x a fág méretének A DNS elképesztő hosszúságú: az emberi DNS (minden sejtben) kb. 6 méter hosszú, egyénenként összesen mintegy száz milliárd km!
11
12/4/2014
Bakteriális DNS
Cirkuláris DNS
Restrikciós enzimek: genetika eszközei
12
12/4/2014
Restrikciós enzimek: genetika eszközei
2. A DNS replikációja
13
12/4/2014
A DNS replikációja • Komplementer bázispárosodás: szemikonzervatív replikáció
A DNS replikációja Meselson és Stahl kísérlet
14
12/4/2014
A DNS replikációja DNS polimeráz felfedezése: 1957 Arthur Kronberg, 1959 Nobel Díj.
A DNS replikációja
15
12/4/2014
A DNS replikációja
A DNS replikációja
16
12/4/2014
500 nukleotid/sec a baktériumoknál 50 nukleotid/sec az embernél
Genetikai információ pontossága • Redundancia: 2 szál, információ ellenőrzés és hibajavítás • Precizitás: replikáló gépezet pontossága, DNS polimeráz I. hibajavító szerepe • Enzimek: DNS vegyi módosulását javító számtalan enzim
17
12/4/2014
3. A DNS rekombinációja
Rekombináció • DNS molekula eltörik és újra egyesül • Kísérletileg a λ fággal mutatták ki
Meselson és Weigle kísérlete, E.coli-t infektáltak λ fággal C13, N15 és C12, N14
18
12/4/2014
Heteroduplex régió • Rekombináció: kiazma • 2 töréspont között: heteroduplex régió
Rekombináció • Genetikai információcsere a kettős hélix 1 szálát érinti • Rekombináció eredménye: melyik szálat javítja a hibajavító enzim
19
12/4/2014
Crossing over molekuláris szinten • Élesztősejteken történt megfigyelések alapján alkotott modell 1. A két szál szakadása
2. Két egyszálú szakasz kialakulása
Crossing over molekuláris szinten • Élesztősejteken történt megfigyelések alapján alkotott modell 3. Az egyes szál inváziója
4. Kettős kapcsolat kialakulása
20
12/4/2014
Crossing over molekuláris szinten 5. Heteroduplexek szétválása
VÉGE…
21
