A BIOTECHNOLÓGIA TERMÉSZETTUDOMÁNYI ALAPJAI

Hasonló dokumentumok
A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

BIOLÓGIA ALAPJAI. Anyagcsere folyamatok 2. (Felépítő folyamatok)

A Biotechnológia természettudományi alapjai

Biológus MSc. Molekuláris biológiai alapismeretek

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

BIOLÓGIA ALAPJAI. Sejttan. Anyagcsere folyamatok 1. (Lebontó folyamatok)

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

MUTÁCIÓK. A mutáció az örökítő anyag spontán, maradandó megváltozása, amelynek során új genetikai tulajdonság keletkezik.

Fehérje expressziós rendszerek. Gyógyszerészi Biotechnológia

TEMATIKA Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus (bb5t1301)

I. A sejttől a génekig

Evolúcióelmélet és az evolúció mechanizmusai

Génexpresszió prokariótákban 1

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Antiszenz hatás és RNS interferencia (a génexpresszió befolyásolásának régi és legújabb lehetőségei)

DNS replikáció. DNS RNS Polipeptid Amino terminus. Karboxi terminus. Templát szál

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

Poligénes v. kantitatív öröklődés

3. Sejtalkotó molekulák III. Fehérjék, enzimműködés, fehérjeszintézis (transzkripció, transzláció, poszt szintetikus módosítások)

MUTÁCIÓK. A mutáció az örökítő anyag spontán, maradandó megváltozása, amelynek során új genetikai tulajdonság keletkezik.

III/3. Gének átvitele vektorokkal

12/4/2014. Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció Hershey & Chase 1953!!!

Tel: ;

2. Sejtalkotó molekulák II. Az örökítőanyag (DNS, RNS replikáció), és az öröklődés molekuláris alapjai (gén, genetikai kód)

CIÓ A GENETIKAI INFORMÁCI A DNS REPLIKÁCI

RNS SZINTÉZIS ÉS ÉRÉS

Genetika. Tartárgyi adatlap: tantárgy adatai

I. Az örökítő anyag felfedezése

7. A b-galaktozidáz indukciója Escherichia coliban

POSZTTRANSZLÁCIÓS MÓDOSÍTÁSOK: GLIKOZILÁLÁSOK

A replikáció mechanizmusa

11. évfolyam esti, levelező

Kromoszómák, Gének centromer

A genetikai lelet értelmezése monogénes betegségekben

A molekuláris biológia eszközei

BIOLÓGIA ALAPJAI (BMEVEMKAKM1; BMEVEMKAMM1)

Hamar Péter. RNS világ. Lánczos Kornél Gimnázium, Székesfehérvár, október

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

Prokarióták. A sejtmag tehát csak eukariótákra jellemző. A magok száma

II. Mikrobiológiai alapok. Mekkorák a mikroorganizmusok? Szabad szemmel mit látunk a mikrobákból? Mikrobatenyészetek

13. RNS szintézis és splicing

II. Mikrobiológiai alapok. Mikrobatenyészetek. Mekkorák a mikroorganizmusok? Mikrobatenyészetek. Szabad szemmel mit látunk a mikrobákból?

Nanotechnológia. Nukleinsavak. Készítette - Fehérvári Gábor

Biológiai módszerek alkalmazása környezeti hatások okozta terhelések kimutatására

Farmakológus szakasszisztens Farmakológus szakasszisztens 2/34

A T sejt receptor (TCR) heterodimer

TARTALOM. Előszó 9 BEVEZETÉS A BIOLÓGIÁBA

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK KÖVETELMÉNYEK. Pécs Miklós: Vebi Biomérnöki műveletek. 1. előadás: Bevezetés és enzimkinetika

(1) A T sejtek aktiválása (2) Az ön reaktív T sejtek toleranciája. α lánc. β lánc. V α. V β. C β. C α.

Molekuláris biológiai alapok

Mit tud a genetika. Génterápiás lehetőségek MPS-ben. Dr. Varga Norbert

2. Sejtalkotó molekulák II. Az örökítőanyag (DNS, RNS replikáció), és az öröklődés molekuláris alapjai (gén, genetikai kód)

Genetika előadás. Oktató: Benedek Klára

GMO = genetikailag módosított organizmusok. 1. Gének megváltoztatása. Gének megváltoztatása. Pécs Miklós: A biológia alapjai

Biológia. Stromájer Gábor Pál

Genotoxikológia TOXIKOLÓGIA ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIA IX. Genotoxikus anyagok. Kémiai mutagének

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK

Az evolúció folyamatos változások olyan sorozata, melynek során bizonyos populációk öröklődő jellegei nemzedékről nemzedékre változnak.

Intelligens molekulákkal a rák ellen

Nukleinsavak építőkövei

TÉMAKÖRÖK. Ősi RNS világ BEVEZETÉS. RNS-ek tradicionális szerepben

Epigenetikai Szabályozás

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Human genome project

BIOKÉMIA. Simonné Prof. Dr. Sarkadi Livia egyetemi tanár.

9. előadás: Sejtosztódás és sejtciklus

NANOTECHNOLOGIA 6. előadás

BIOLÓGIA OSZTÁLYOZÓ VIZSGA ÉS JAVÍTÓVIZSGA KÖVETELMÉNYEK (2016)

3. A w jelű folyamat kémiailag kondenzáció. 4. Ebben az átalakulásban hasonló kémiai reakció zajlik le, mint a zsírok emésztésekor a vékonybélben.

Natív antigének felismerése. B sejt receptorok, immunglobulinok

BIOTERMÉK TECHNOLÓGIA-2

4. GÉNMANIPULÁLT MIKRO- ORGANIZMUSOK

CHO H H H OH H OH OH H CH2OH HC OH HC OH HC OH CH 2

4. GÉNMANIPULÁLT MIKRO- ORGANIZMUSOK Elsődleges anyagcseretermék: például: triptofán Másodlagos anyagcsere-termékek: az antibiotikumok

12. évfolyam esti, levelező

Tartalom. Javítóvizsga követelmények BIOLÓGIA...2 BIOLÓGIA FAKULTÁCIÓ...5 SPORTEGÉSZSÉGTAN évfolyam évfolyam évfolyam...

A géntechnológia genetikai alapjai (I./3.)

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

MUTÁCIÓ ÉS HIBAJAVÍTÁS

Biológia. Biológia 9/29/2010

3. előadás Sejtmag, DNS állomány szerveződése

Sejtmag, magvacska magmembrán

MIT TEHET A FIZIKUS A RÁKKUTATÁSÉRT? Pipek Orsolya ELTE TTK Komplex rendszerek fizikája tanszék. Atomoktól a csillagokig, Budapest, február 23.

Vizsgakövetelmények Tudjon elemezni kísérleteket a DNS örökítő szerepének bizonyítására (Griffith és Avery, Hershey és Chase kísérlete).

MOLEKULÁRIS GENETIKA A DNS SZEREPÉNEK TISZTÁZÁSA

Biokémiai kutatások ma

BIOLÓGIA HÁZIVERSENY 1. FORDULÓ BIOKÉMIA, GENETIKA BIOKÉMIA, GENETIKA

Molekuláris genetikai vizsgáló. módszerek az immundefektusok. diagnosztikájában

Bevezetés a biológiába. Környezettan Bsc. Szakos hallgatóknak

4. A humorális immunválasz október 12.

A nem klasszikus polimerázok és a SUMO PCNAfüggő mechanizmusok szerepe a genom stabilitás fenntartásában

Az X kromoszóma inaktívációja. A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót

sejt működés jovo.notebook March 13, 2018

Immunológia 4. A BCR diverzitás kialakulása

Sejtciklus. A nyugalmi szakasz elején a sejt növekszik, tömege, térfogata gyarapodik, mert benne intenzív anyagcserefolyamatok

Johann Gregor Mendel Az olmüci (Olomouc) és bécsi egyetem diákja Brünni ágostonrendi apát (nem szovjet tudós) Tudatos és nagyon alapos kutat

Transzláció. Szintetikus folyamatok Energiájának 90%-a

I. kategória II. kategória III. kategória 1. Jellemezd a sejtmag nélküli szervezeteket, a baktériumokat. Mutasd be az emberi betegségeket okozó

Átírás:

A BIOTECHNOLÓGIA TERMÉSZETTUDOMÁNYI ALAPJAI Műszaki menedzser MSc hallgatók számára Előadó: 2 + 0 + 0 óra, félévközi számonkérés 3 ZH: március 06?, április 10?, május 02?. dr. Pécs Miklós egyetemi docens Elérhetőség: F épület, FE lépcsőház fsz 1, tel: 463-4031 pecs@eik.bme.hu Írásos segédanyag található a: http://oktatas.ch.bme.hu/ oktatas/konyvek/mezgaz/biotechmanager címen 1 A tananyag felépítése: Genetikai alapok: a DNS replikációja mutációk, repair operon szabályozás Mikrobiológiai alapok: tulajdonságok, felosztás szaporodás, a mikrobák és környezetük Génmanipulációs módszerek Indukált mutáció + szelekció anyagcsere mérnökség Protoplaszt fúzió Célzott génbevitel plazmidokkal Génbevitel Agrobacteriumokkal Génmanipulált mikroorganizmusok Biotermékek gyártása Elsődleges és másodlagos anyagcseretermékek Génmanipulált növények 2 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

I. Prokarióták és eukarióták Karyon = sejtmag pro- = elő/első eu- = valódi/jó/igazi Alapvető különbség: nincs/van valódi, körülhatárolt sejtmagjuk Evolúcióban: a prokarióták az ősi, egyszerűbb formák, az eukarióták összetettebbek, később jelentek meg Prokarióták: a baktériumok, beleértve a fonalas szerkezetű sugárgombákat (Actinomycetales) is, és a kékmoszatok (Cyanobacteriales) Eukarióták: élesztők, fonalas gombák, protozoák, zöldmoszatok, és az összes többsejtű élőlény 3 Prokarióta és eukarióta sejt 4 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2

Prokarióta sejtek evolúciója eukariótává 5 Prokarióta DNS (E. coli) (duplikálódás közben) Eukarióta DNS (kromoszómák) 6 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3

Építőkövek DNS szál 1. A DNS molekula szerkezete foszfát cukor Cukor-foszfát Bázis Dupla DNS szál Nukleotid DNS kettős hélix Alapegységek: három molekulából tevődnek össze: cukor, foszfát, bázis. A négyféle bázis miatt négyféle egység: A, C, G, T Cukor-foszfát váz Lineáris: a cukor-foszfát lánc igen hosszú polimert képez. Hidrogén kötéssel összetartott bázis párok 7 A DNS szerkezete 8 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4

A kromoszómák finomszerkezete A DNS gömb vagy korong alakú hisztonokra (bázikus fehérjékre) tekeredik fel 9 A DNS tömörítése A DNS feltekert és többszörösen összehajtogatott formában tárolódik a kromoszómákban. A DNS szál kb. 50.000-szer hosszabb, mint a kromoszóma 10 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 5

2. A DNS funkciói, működése Átírás DNS-ről DNS-re. - szétcsavarás - komplementer szálak szintézise - ellentétes irányú szintézis - Okazaki fragmensek Átírás DNS-ről mrns-re: a fehérjeszintézis első lépése (transzkripció) - kodogén szál, - néma szál Átírás DNS-ről más RNS-re, (riboszóma RNS, transzfer RNS) ezek bázissorrendje is itt tárolódik, szintézisük direkt átírással történik 11 A DNS replikációja 12 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6

A DNS replikációja 13 A DNS replikációs gépezet Vezető szál mintaként Utoljára szintetizált szál Csúszó gyűrű DNS polimeráz a vezető szálon VEZETŐ SZÁL Szülői DNS kettős hélix új Okazaki szakasz RNS primer KÖVETŐ SZÁL primáz DNS helikáz (ez a fehérje tekeri ki a DNS-t) Követő szál mintaként Egy szálú DNS-t stabilizáló fehérje DNS polimeráz a követő szálon (amint éppen befejez egy Okazaki szakaszt) 14 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 7

A DNS replikációja 15 Figure 6-2 Essential Cell Biology ( Garland Science 2010) A DNS replikációja 16 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 8

A DNS átírása fehérjékre Két lépésben: 1. Átírás (transzkripció) DNS-ről mrns-re 2. Fehérjeszintézis (lefordítás, traszláció) mrns-ről aminosavláncra 17 18 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 9

19 Átírás (transzkripció) DNS-ről mrns-re A genetikai kód közös az egész élővilágban. A fehérjealkotó aminosavakat (20 féle) bázishármasok (triplettek) kódolják (64 féle) Redundáns (ismétlődő) kód. Csak az egyik DNS szál hordozza az információt, csak ez íródik át mrns-re 20 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 10

Az értelmes DNS szál elhelyezkedése Csak az egyik DNS szál hordozza az információt, csak ez íródik át mrns-re. Ez viszont változik, hol az egyik, hol a másik szál értelmes, ennek megfelelően a kiírás iránya is változik. 21 A kiíró enzim működése vázlatosan 22 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 11

A kiíró enzim működése vázlatosan 23 Kódolás prokarióta és eukarióta sejtekben 24 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 12

Átírás humán sejtekben Nincsenek operonok, bonyolultabb. A humán DNS nagyon sok felesleges szakaszt tartalmaz, amelyek a mrns-en hurkokat képeznek. Ezeket a szakaszokat (intron) egy enzimrendszer kivágja, a maradék mrns-ről szintetizálódnak a fehérjék. 25 Mutáció az örökítő anyagban bekövetkezett ugrásszerű változás, ami átöröklődik az utódokra. Belső okok: a másolórendszer tökéletlenségéből eredő hibák: kb. 1 hiba/millió másolt bázis Külső okok: a környezet mutagén hatásai: kémiai anyagok reagálnak a DNS-sel és megváltoztatják azt fizikai okok: sugárzások (kozmikus sugárzás, UV sugárzás, kőzetek radioaktív sugárzása, Röntgen) Ezek a nagy energiájú sugárzások kémiai reakciókat idéznek elő a DNS-en. 26 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 13

27 Mutációk Pontmutációk: egy bázist, vagy bázispárt érintenek. Ha csak egy bázis változik meg: egy aminosav változik meg a fehérjében Ha egy bázis beépül, vagy kiesik: az egész utána következő szakasz értelmetlen lesz (shift mutáció) Kromoszóma mutációk: egy DNS szakaszt érintő kiesés (deléció), áthelyeződés (transzpozíció), megfordulás (inverzió) egyes kromoszómákat érintő változás: törés, megkettőződés, számbéli változás (géndózis): xxx, xyy, xxy, Down kór egész kromoszómaszerelvényt érintő megsokszorozódás: pl.: xn (ploiditás) 28 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 14

Mutációs ráta a mutációs hatások és a repair mechanizmusok egyensúlya határozza meg. Egészséges mutációs ráta: biztosítja a fajon belüli változatosságot, ezzel az evolúciós rugalmasságot. Pl. vizsgálták egy rovarfajnál, amely a trópusokon és a mérsékelt égövön egyaránt él. Magasabb hőmérsékleten a mutáció gyakoribb, de ott hatékonyabban működnek a repair mechanizmusok az eredő mutációs ráta azonos mindkét helyen. 29 REPAIR (újrapárosító, javító, reparáló) mechanizmusok olyan enzimrendszerek, amelyek képesek a DNS hibáit kijavítani. Hibák (mutációk): - másolási hibák - környezeti hatások Egy enzimkomplex csak egy bizonyos hibát ismer fel és tud kijavítani. Minél fejlettebb egy faj, annál többféle repair enzimrendszere van. Már a prokariótáknál is megjelenik. A repair hatékonysága szabályozás alatt áll, állandó a mutációs ráta. (klíma hőmérséklet) 30 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 15

Genetikai szabályozás A genom (génállomány) célja a fennmaradás és elszaporodás. Ehhez két dolog kell: Biztosítani kell a genom állandóságát, precízen kell másolni. A leghatékonyabban el kell szaporodnia. Ha a két cél konfliktusba kerül egymással, a második érvényesül, ez a fontosabb. Ha a szaporodás érdekében meg kell változnia a génállománynak, akkor változzon meg! természetes szelekció Genom (gén) fehérje tulajdonság életképesség 31 Operon szabályozás Operon: közösen szabályozott gének csoportja. Általában egy anyagcsereúthoz tartozó enzimeket kódol (struktúrgének). Kiírásuk egy mrns-re történik. A kiíró enzim a promóter szakaszhoz kötődik, onnan indul. Ha represszor kötődik az operátor szakaszhoz, a kiírás nem indul el. E 32 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 16

Operon szabályozás 2. A represszor fehérjének két kötőhelye van: - DNS kötő - effektor kötő Effektor molekula: kapcsolódásával átállítja a represszor DNS kapcsolódását: képes nem képes kötődni 33 Operon szabályozás 3. Pozitív és negatív szabályozás lehetséges. Pozitív (indukció, derepresszió): az effektor hatására a regulátor fehérje elveszti kötődését az operátor génhez, és megindul a struktúrgének kiírása. Példa: Escherichia coli lac-operonja: laktóz hatására megindul a laktóz hasznosításához szükséges enzimek szintézise. Negatív (feed back represszió, inhibíció): az effektor hatására a regulátor fehérje képes lesz az operátorra kötődni és ezáltal leállítja a struktúrgének kiírását. Leggyakoribb: végtermék gátlás: ha valamely metabolit elég nagy mennyiségben van jelen, akkor leállítja saját bioszintézisét (túltermelés megakadályozása). 34 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 17

Operátor (gén)szakasz Hogyan találja meg a regulátor fehérje a megfelelő DNS szakaszt? Kémiai címkék: Metil (CH 3 -) csoportok Jellegzetes DNS szakasz, például palindrom (tükörkép) szerkezetű. Komplementer, de ugyanakkor a két szálban 3 5 irányban is azonos. Spirális hurkot alkot, és ezt a kitüremkedést könnyű megtalálni. 35 Mutációk az operonon A különböző gének károsodása más-más hatású: Regulátor génen: szabályozási hiba, vagy állandó a kiírás, vagy egyáltalán nem folyik. Operátor génen: megszűnik a gátlás lehetősége, állandó a kiírás. Promoter génen: nincs kiírás Struktur génen: a szabályozás működik, egy termelt fehérje lesz hibás szerkezetű 36 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 18