DNA (deoksiribonukleiinihappo) Kaksoiskierre (10 emäsparin välein täysi kierros) Kaksi sokerifosfaattirunkoa. Huomaa suunta: 5 -päässä vapaana fosfaatti (kiinni sokerin 5. hiilessä) 3 -päässä vapaana sokeri (seuraava fosfaatti tulee kiinnittymään sokerin 3. hiileen) Nukleotidi Dna:n rakenneosa Koostuu sokeri-, fosfaatti- ja emäsosasta Emäsparisääntö: A T ja G C
Francis Crick ja James D. Watson Francis Crick ja James D. Watson selvittivät DNAn rakenteen 1953 (Nobelpalkinto 1962). Rosalind Franklin ei ehtinyt saada kunniaa DNA:n rakenteen selvittämisestä. Hän kuoli ennen Nobel-palkinnon myöntämistä.
DNA ja geenit Esim. ihmisen jokaisessa solussa on 2 x 98 cm = 196 cm DNAta tästä n. 187 cm on intronialueita, hölynpölyä. Loput 9 cm (eksonit) sisältää 2 x ihmisenrakennusohjeet eli geenit. Geenissä on säätelyalue ja RNA-molekyyliksi kopioitava alue eli rakennegeeni. Säätelyalueet ohjaavat geenien toimintaa: Säätelyalueen alussa tehostajajaksoja, joita kiihdyttävät tai hillitsevät viestimolekyylit, transkriptiofaktorit. Promoottorialueeseen (yleensä n. 25 emästä ennen geeniä sijaitseva TATA-boksi) kiinnittyy RNA-polymeraasi. Esitumallisilla yksi säätelyalue säätelee useita rakennegeenejä = operoni.
Valkuaisaine- eli proteiinisynteesi
1. Transkriptio Proteiinisynteesin ensimmäinen vaihe - kun solu tarvitsee kyseisen geenin koodaamaa valkuaisainetta. Transkriptiossa RNA-polymeraasi rakentaa esi(aste)lähetti-rnan DNAn mallijuosteen rinnalle (l-rna:sta tulee samanlainen kuin koodaavasta juosteesta, paitsi että tymiinin paikalla on Urasiili). Kun lähetti-rna on valmis, sen 5 -päähän rakentuu guaniineista 5 -hattu ja 3 -päähän noin 250 adeniininukleotidin häntä. Ennen esilähetti-rnan siirtymistä ribosomin pinnalle entsyymit silmukoivat siitä intronit ja muita syntyvään proteiiniin kuulumattomia osia.
2. Translaatio Translaatio alkaa, kun lähetti-rna kiinnittyy ribosomiin solulimassa. Siirtäjä-RNAt kuljettavat aminohappoja ribosomille. Lähetti-RNAn jokaista erilaista kodonia varten on oma siirtäjä-rna-molekyylinsä. Aloituskolmikko aina TAC (metioniini) Mallijuoste TAC, lähetti-rna AUG, siirtäjärna UAC. Antikodoni eli siirtäjä-rnan tunnistuskolmikko pariutuu lähetti- RNAssa emäsparisäännön mukaan. Lopetuskodonit ovat ATT, ATC ja ACT.
Transkriptio + translaatio = valkuaisainesynteesi (jossa DNAn ohjeesta syntyy eliön ominaisuus)
Tehtävä 1. Etsi Youtubesta omasta mielestäsi opettavaisia valkuaisainesynteesiä havainnollistavia videoita. 2. Katso niitä kunnes olet varma että osaat selittää, mitä valkuaisainesynteesissä tapahtuu. 3. Sopivia hakusanoja esim. protein synthesis, transcription, translation.
Tehtävä 1. Yhdistä oikein Yhdistä kirjaimilla (a-h) merkitty käsite tarkimmin sitä vastaavaan numerolla (I-VIII) merkittyyn käsitteeseen. a) haploidi, b) diploidi, c) polyploidi, d) iturata, e) replikaatiohaarukka, f) silmukointi, g) antikodoni, h) perimä I) siirtäjärna, II) DNAn kahdentuminen, III) sukusolujen muodostama solulinja sukupolvesta toiseen, IV) ihmisen somaattinen solu, V) ihmisen sukusolu, VI) 5n, VII) yksilön kaikkidna, VIII) esiasterna
Tehtävän 1 vastaukset a) haploidi V) ihmisen sukusolu b) diploidi IV) ihmisen somaattinen solu c) polyploidi VI) 5n d) iturata III) sukusolujen muodostama solulinja sukupolvesta toiseen e) Replikaatiohaarukka II) dna:n kahdentuminen f) silmukointi VIII) esiasterna g) antikodoni I) siirtäjärna h) perimä VII) yksilön kaikki DNA
Tehtävä 2. Termit Nimeä suomenkielinen termi tai selitys tieteellisellä tai vierasperäisellä termillä. a) Kahdentumaan kykenevä perimän koodin sisältävä molekyyli b) Perintötekijä c) Aitotumaisen geenin lähetti-rna:ta koodaava dna-jakso d) Geenin koodaavan alueen sisällä oleva dna-jakso, joka ei koodaa lähettirnata e) Geenin säätelyalueen kohta, johon RNA-polymeraasi kiinnittyy f) Esitumaisilla eliöillä peräkkäisten geenien muodostama toimintayksikkö, jolla on yksi säätelyalue.
a) DNA b) Geeni c) Eksoni d) Introni e) Promoottori f) Operoni Tehtävän 2. vastaukset
Tehtävä 3. Proteiinisynteesin vaiheet Kirjoita proteiinisynteesin vaiheet oikeaan järjestykseen. Translaatio eli siirtäjä-rnat tuovat aminohapot ribosomille. Transkriptio eli esilähetti-rnan muodostuminen tumassa dnajuosteen mallin mukaisesti. Dna-kaksoisjuoste avautuu. Lähetti-RNA kypsyy. Lähetti-RNA siirtyy ribosomille. Aminohapot kiinnittyvät toisiina peptidisidoksin. Rna-polymeraasin kiinnittyminen promoottoriin.
Tehtävän 3. vastaukset 6. translaatio eli siirtäjä-rnat tuovat aminohapot ribosomille 3. transkriptio eli esi-lähetti-rnan muodostuminen tumassa dnajuosteen mallin mukaisesti 2. DNA-kaksoisjuoste avautuu 4. lähetti-rna kypsyy 5. lähetti-rna siirtyy ribosomille 8. aminohappoketjut laskostuvat kolmiulotteiseksi rakenteeksi 7. aminohapot kiinnittyvät toisiinsa peptidisidoksin 1.RNA-polymeraasi kiinnittyy promoottoriin
Tehtävä 4. Emäkset Erään geenin emäsjärjestys koodaavan juosteen DNA-jakso emästen osalta alkaa seuraavasti: ATGATATTAACCGCCGAAAGCCGC a) Mikä on DNAn mallijuosteen emäsjärjestys? b) Mikä on lähetti-rnan emäsjärjestys? c) Mitkä ovat vastaavat siirtäjä-rna-molekyylien emäskolmikot eli antikodonit? d) Mikä on muodostuvan polypeptidin aminohappojärjestys? e) Jos mallijuosteen neljäs emäs muuttuu pistemutaation seurauksena tymiiniksi, miten aminohappojärjestys muuttuu? f) Jos mallijuosteen neljäs emäs häviää pistemutaation seurauksena, miten aminohappojärjestys muuttuu? g) Minkälainen kahdentuma tai häviämä ei muuta lukukehystä?
Tehtävän 4. vastaukset a) TACTATAATTGGCGGCTTTCGGCG b) AUGAUAUUAACCGCCGAAAGCCGC c) UAC UAU AAU UGG CGG CUU UCG GCG d) metioniini, isoleusiini, leusiini, treoniini, alaniini, glutamiinihappo,seriini, arginiini e) Isoleusiinin paikalle tulisikin leusiini f) Kolmas emäskolmikko olisi tuolloin lopetuskolmikko ja synteesi päättyisi tähän. g) Kun aminohappo ei muutu pistemutaation seurauksena.
Erilaisia geenejä Rakennegeenit (joista l-rnata rakentuu) Ohjaavat solun rakenneproteiinien ja entsyymien muodostumista. Reagoivat säätelygeenien tuottamiin säätelytekijöihin. Säätelygeenit Säätelevät muiden geenien toimintaa mm. transkriptiofaktoreiden avulla. Säätelevät geenien transkriptiota, lähetti-rnan muokkausta, kulkeutumista solulimaan, hajotusta sekä proteiinisynteesiä. Silmukointi: esiaste-rnan vaihtoehtoinen muokkaus yhdestä geenistä voidaan tuottaa kymmeniä erilaisia proteiineja!
Huomaa: pääosa evoluutiosta näyttää olevan seurausta säätelygeenien muutoksesta. Homologiset eli samansyntyiset elimet nisäkkäillä: olkaluu värttinäluu kyynärluu ranneluut sormiluut kämmenluut Esimerkiksi nisäkkäiden luut ovat kaikilla ± samoja (ei eroja rakennegeeneissä). Säätelygeenit säätävät luiden kasvuajan mutaatio säätelygeeniin luut kasvavat eri muotoisiksi.
DNAn kahdentuminen eli replikaatio Helikaasientsyymi katkaisee emäsparien väliset vetysidokset replikaatiokupla avautuu. Kahdentuminen etenee aloituskohdasta (tarvitaan RNA-aluke) kumpaankin suuntaan molempien juosteiden toimiessa mallina. Dna-polymeraasientsyymi rakentaa vapaista nukleotideista uusia juosteita vanhojen rinnalle. Juoste voi rakentua vain suunnassa 5 -pää 3 -pää: toinen juoste etenee pätkissä. Ligaasientsyymi liittää lopulta pätkät (ns. Okazakin fragmentit ) toisiinsa.
Tehtävä Piirrä opettavainen kuva kahdentuvasta DNAsta. Johtavan juosteen (joka sisältää geenit) emäsjärjestys on: AAT TGA TCC ATA CTT ACC GGA ATT
Mutaatiot = muutoksia perimässä - Aiheuttajina mutageenit (säteily, myrkyt) - Myös spontaanimutaatioita? 1. Geenimutaatiot (syntyy uusia alleeleja) - Yksittäinen emäs voi kadota tai vaihtua toiseksi. - DNAn kahdentumisessa korjaajaentsyymit korjaavat suurimman osan. - Meissä jokaisessa n. 100 000 pistemutaatioita päivässä. - Somaattisissa soluissa yleensä merkityksettömiä - Jos mutaatio solunjakaantumista säätelevissä geeneissä (ja korjausentsyymien geeneissä) syöpä.
Esim sirppisoluanemia: yksi emäs vaihtunut (T A) yksi aminohappo muodostuvassa valkuaisaineessa vaihtunut erilainen hemoglobiini sirppimäinen punasolu.
2. Kromosomimutaatiot - Pätkä kromosomia häviää, kahdentuu, kääntyy 180, siirtyy toiseen paikkaan, tai kaksi kromosomia yhdistyy. 3. Kromosomistomutaatiot - Väärä määrä kromosomeja. - Monosomiassa kromosomia 1 kpl, trisomiassa 3 kpl. - Autopolyploidiassa (ei eläimillä) kromosomistoja 3n, 4n, 5n jne. Usein ääriominaisuuksia. - Allopolyploidiassa kromomistot peräisin eri lajeilta jos parillinen n, yksilöt ovat lisääntymiskykyisiä.