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
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
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
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
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 ( 35 S és 32 P) jelölt komponensek közül csak a DNS került át az utódokba 5
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
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
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
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
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
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
Bakteriális DNS Cirkuláris DNS Restrikciós enzimek: genetika eszközei 12
Restrikciós enzimek: genetika eszközei 2. A DNS replikációja 13
A DNS replikációja Komplementer bázispárosodás: szemikonzervatív replikáció A DNS replikációja Meselson és Stahl kísérlet 14
A DNS replikációja DNS polimeráz felfedezése: 1957 Arthur Kronberg, 1959 Nobel Díj. A DNS replikációja 15
A DNS replikációja A DNS replikációja 16
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
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 C 13, N 15 és C 12, N 14 18
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
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
Crossing over molekuláris szinten 5. Heteroduplexek szétválása VÉGE 21