Molekularna Biologia: DNA, RNA i Synteza Proteiń

Struktura i replikacja DNA

DNA dwójka helika (Watson & Crick, 1953): dwa antyparalelne łańcuchy, wzajemnie dopasowujące się skorupy bazy (A-T: 2 wiadro-hidrogenowe, G-C: 3 wiadro-hidrogenowe), 3,4 nm na obrót, 10 baz na obrót. Dwuwymiarowy DNA jest dominujący w komórkach; A-forma występuje w dsRNA; Z-forma ma lewostronną helikę. Replikacja: półkonserwatywna (badanie Meselsona-Stahla, 1958). Punkt startu replikacji → kawałek fork replikacyjny: helicaza odkręca helikę, SSB stabilizuje, primasa dodaje primer RNA. Polymeraz III prokrątkowa (prokrątkowe): syntez 5'→3', edukator 3'→5' jako proofreading exonuclease. Ładna strona: ciągła syntez. Tłuszczowa strona: fragmenty Okazaki → primer RNA usuwane przez RNase H → przegrube uzupełnione przez Pol I → ligaza zamyka szczeliny. Błąd w skali: około 10⁻¹⁰ na bazę parę na każdą komórkową replikację (z uwagi na naprawę błędu).

Transkrypcja

Transkrypcja: DNA → mRNA, katalizowana przez RNA polimerazę. Prokrątokształtne organizmy: jedna RNA polimeraza, czynnik σ rozpoznaje promotor (-35, -10 TATA box). Eukaryoty: RNA Pol I (RNA rRNA), Pol II (mRNA, snRNA), Pol III (tRNA, 5S rRNA). Elementy promotoru: TATA box, Inr, BRE — rozpoznawane przez czynniki transkrypcyjne ogólne (TFIID/TBP, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH). Elongacja: RNA Pol II syntetyzuje pre-mRNA przy okolicznej prędkości 40 nt/sek. Terminacja: sygnał poly(A) (AAUAAA) → wytnięcie i polyadenylacja. Po-transkrypcyjne przetwarzanie: 5' capping (7-methylguanosyna), 3' polyadenylation (200 A's), splicing (usuwanie intronów przez spliceosome — U1, U2, U4, U5, U6 snRNPs). Alternatywna splicing: jedna gene → wiele proteinów (człowiek: ~20 000 genów → ~100 000 proteinów).

Tłumaczenie i złożenie protein

Tłumaczenie: mRNA → protein na ribosomach. Ribosom: 70S prokaryotyczny (30S + 50S), 80S eukaryotyczny (40S + 60S). tRNA: struktura kwiatka trójklętliowego, antykwodnica paruje z kodonem mRNA, enzymy aminoacyl-tRNA syntetyzujące załadowują odpowiednim aminokwasem. Inicjacja: Shine-Dalgarno (prokaryota) lub skanowanie 5' cap (eukaryota), kodon start AUG = Met. Elongacja: A-siedzisko (aminoacyl), P-siedzisko (peptidyl), E-siedzisko (wyjście); wiązanie peptydowe formowane przez RNA ribozymowe. Szybkość tłumaczenia: około 15-20 aminokwasów na sekundę w E. coli. Złożenie protein: pierwotne → sekundarny (α-helix, β-szczecina) → trzeciarzowy → czwartorzędowy. Chaperony (GroEL/GroES, Hsp70) pomagają w złożeniu. Nieprawidłowe złożenie → agregacja → choroba (amyloid-β Alzheimera, α-synuclein Parkinsona, prioni).

Regulacja genów

Prokaryota: model operonowy (Jacob & Monod, 1961). Operon Lac: kontrola negatywna (repressory), kontrola pozytywna (CAP-cAMP). Regulacja eukariotyczna: wielopozioma. Remodeling chromatinu: acetylowanie histonów (otwarte chromatin, HATs) w przeciwieństwie do deacetylowania (zamknięte, HDACs). Faktory transkrypcyjne: aktywatory wiążą się z enhancerami (do 1 Mbp od promotoru), repressory wiążą się z silencerami. Zespół mediatora połącza faktory transkrypcyjne z RNA Pol II. Regulacja po-transkrypcyjna: microRNA (kompleks RISC degradowa microRNA), siRNA (interferencja RNA), edycja RNA. Regulacja translacyjna: struktura sekundarna 5'UTR, ORF górne, elementy IRES. Regulacja po-translacyjna: fosforylacja, ubiqutynacja (degradacja proteasomowa), SUMOylacja.

Czynszowe Techniki

PCR (Polymerasa Ciągowa Reakcja, Mullis 1985, Nobel 1993): powiększenie specyficznych sekwencji DNA. Real-time qPCR: kwantytatywna miara z użyciem sond fluorescyntowych. Następne generacje sekwencjonowania (NGS): Illumina (sekwencjonowanie przez syntezę), PacBio (SMRT, długie czytania), Oxford Nanopore (w czasie rzeczywistym, portatylne). Sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek: transcriptoma jednostkowych komórek — odkrywanie heterogenności typów komórkowych. Edycja genetyczna CRISPR-Cas9: sond guide kieruje Cas9 nukleaza do celu, DSB → NHEJ lub HDR. Mikroskop elektronowy z zamarzniętego lustra (cryo-EM): struktury proteinowe bliskie atomowym bez krystalizacji (Nobel 2017). AlphaFold: struktury proteinowe przewidywane za pomocą sztucznej inteligencji dla ponad 200M protein.

Spróbuj to na żywo

Wszystko powyżej działa w twojej przeglądarce — otwórz DNA, RNA i syntezę białek i zmieniaj parametry podczas ich działania. Nic nie instalujesz, nic nie przesyłasz, cała modelika istnieje w jednym okienku.

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz DNA, RNA & Protein Synthesis i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.