BASÅRET KEMI B –
BIOKEMI VT 2012
GENETISK INFORMATION
191-210 (sid. 157-177)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA/RNA, Transkription, Translation
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
VAR I CELLEN SKER DETTA ?
Replikation - kopiering av DNA, sker i cellkärnan
Transkription - avläsa DNA till RNA, sker i cellkärnan
Translation - mRNA
blir protein, sker i ER
och i cytoplasman
ER = endoplasmatiska
nätverket
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA har ritningen för cellen
En av dem viktigate egenskaperna för liv är
att cellen kan föröka sig
Den genetiska informationen bestämmer hur en
cell ska se ut och vilka funktioner den ska ha.
Benzopyren,
Det mutagena ämnet i tobaksrök
tillsammans med DNAt.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA - långa molekyler
E. Coli och bakteriofag
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Humana kromosomer
DNA är packat!
Cirkulärt DNA från
mitokondrien
Mängden DNA varierar mellan
olika organismer
antal
kromosomer
E coli
1
människa
46
längd
1,4 mm
2m
DNA molekyler är lindade
runt proteiner - histoner
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Detta finns i humana genomet
Vad är en gen ??
Del av DNA, som innehåller
informationen om hur
en polypeptidkedja
eller en RNA molekyl
ska se ut
Obs!!!
Det är detta
vi hittar som
proteiner
Ett protein, som består av två st olika
subenheter beskrivs alltså av två gener
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
SEKVENSERING AV GENOM
Genom = den genetiska uppsättningen hos en organism
Bara 1,5 % av det mänskliga genomet utgörs av proteinkodade gener.
Den genetiska skillnaden mellan två individer är bara 0,1 % !!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
En jämförelse mellan olika genom
Ett virus har ca 4 000 baspar
1 sida i en bok
En bakterie har ca 4 miljoner baspar
1 hel bok på 800 sidor
Människan har ca 3,3 miljarder baspar
(3,3 miljoner kilobaspar)
1000 böcker med 800 sidor per bok
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Hur vet cellen vilka proteiner den ska göra ?
• Informationen finns lagrad i cellens DNA
• DNA består av två kedjor som bildar en spiral
• Byggstenar i kedjorna är nukleotider
• Fyra olika nukleotider används i DNA,
betecknas A, C, G, och T.
Strukturen i ett avsnitt av DNA
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA
Består av två kedjor som ligger antiparallellt åt olika håll - och är spiralvridna runt varandra
Nukleotid = 5 kolatomer, en fosfat grupp och
en kväveförening s.k. bas.
Pentosen är en deoxyribos i DNA (OH byts ut mot H)
och en ribos i RNA.
1Å = 1x10-10 = 0,1 nm
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA deoxiribonukleinsyra
RNA - ribonukleinsyra
Informationen är lagrad,
som DNA, men avläsning
och utnyttjande görs
av RNA.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
I DNA och RNA finns baser
Adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T).
I RNA har tymin (T) ersatts av uracil (U).
Pyrimidiner
Puriner
A
G
C
T
U
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA molekylens uppbyggnad
A finns alltid mittemot T och G mittemot C
De binder (basparar) till varandra med H-bindningar
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Den“specifika basparning”
Denna sk “komplementaritet” är mycket viktig i samtliga
processer som rör DNA och RNA
I RNA basparar A alltid med U
Adenin
Uracil
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
RNA skiljer sig från DNA i tre avseenden
DNA
RNA
1.
Deoxiribos
Ribos
2.
3.
Två kedjor
En kedja
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
GENETIKENS CENTRALA DOGM
(LÄROSATS)
Central dogm: visar flödet av genetisk infomation
1"
DNA !
2"
DNA = deoxyribonukleinsyra
RNA!
3"
Protein"
1. Replikation
2. Transkription
3. Translation
RNA = ribonukleinsyra
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA-replikation - kopiering
Replikation av det cirkulära genomet hos en E. coli bakterie
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Nysyntes av DNA - replikation
“moder-DNA”
Sker i samband med
celldelning
Viktigt att den nya
är identisk med den gamla
syntesen är
“semi-konservativ”
dvs. en ny och en
gammal kedja
Den “specifik basparning”
ser till att det blir rätt
2 st “dotter-DNA”
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Replikationen består av många olika moment
Det behövs proteiner som
- snurrar upp spiralen
- tar bort “översnurrning”
- stabiliserar de isärdragna
kedjorna
- bygger upp den nya kedjan
mm.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
RNA-transkription - avläsning
Informationen förs först över till arbetskopior i form av RNA
RNA molekylerna är komplementär till en bit av DNA genom
specifik basparning vid syntesen - Transkription
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
3 typer av RNA
mRNA
en mRNA för varje polypeptidkedja, har
informationen om aminosyrasekvensen
tRNA
används vid proteinsyntesen,som bärare
av aminosyrorna
rRNA
bygger upp ribosomen, där proteinsyntesen
sker
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
En RNA-kedja bildas med en DNA-kedja,
som mall
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Translation - protein syntes
Det bildas 1 RNA för varje gen i DNA molekylen
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Information i DNA utnyttjas för att göra
proteiner
Hur kan bastripletterna i DNA svara för att
aminosyror kopplas ihop i rätt ordning ??
bastriplett
aminosyra
Specifik basparning!!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Genetisk information
Hur kan en molekyl med bara 4 variabla enheter
definiera molekyler med 20 variabla enheter ?
“ språket”
-
fyra “bokstäver” A, C, G och T
bildar trebokstavsord
ger 64 ord
61 kodar för aminosyror, 3 är stoppkoder
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DEN GENETISKA KODEN
- tre baser motsvara en aminosyra
totalt 64 kodon
varav 3 är
stop kodon
start kodon
synonymer
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Varje sekvens av RNA har tre tänkbara “läsramar”
De ger helt olika aminosyrasekvenser startpunkten måste vara väl definierad
AUG
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
tRNA
fungerar, som adaptor och läser orden i mRNA
sk aminoacyltRNA
aminosyran sitter bunden till tRNA
Antikodonet på tRNA läser
kodorden på RNA
tRNA (klöverstruktur)
Sitter fel aminosyra bunden på
tRNA, blir det fel i proteinet.
mRNA
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Viktigt att rätt aminosyra har kopplats ihop
med rätt tRNA
Enzym
ATP
tRNA
Detta sker mha specifika enzymer
innan tRNA kommer till ribosomen.
Ingen kontroll sker senare !!!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Ribosomerna fungerar som
“proteinsyntesmaskiner”
A structure of a
bacterial ribosome
rRNA bygger tillsammans med ett antal proteiner
upp ribosomerna. Ribosom består av 2 subenheter.
En polypeptid syntetiseras av ribosomen
Ribosomen förflyttar sig ett steg i
taget och ny triplett kan läsas av.
Aminosyrorna bildas efter ordningen i
mallen och en peptidbindning bildas
mellan aminosyrorna.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
1. Aktivering
TRANSLATION
2. Initiering
Aktivering - tRNA+aminosyra
Initiering - start “metionin”
Förlängning - kedjan växer
Avslutning - stopp färdig polypeptid
3. Förlängning
Under och efter translationen
sker modifieringar av proteinet
4. Avslutning
Det bildas svavelbryggor,
oligosackarider sätts på och
kofaktorer sätts på plats
mm
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA-tekniker
Bioteknik = alla tekniker, som innebär utnyttjande
av biologiska processer
Modern bioteknik bygger på ökad kunskap om
- struktur och organisation av DNA molekylen
- processerna i “den centrala dogman”
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Strategi för DNA-kloning i E. coli
Det DNA-fragment, som ska mångfaldigas kopplas ihop
med en bärar molekyl, s.k. vektor (också en DNA molekyl),
som kan tas upp av en värdcell och replikeras
Stamceller
“Dolly”
Kloning
Att klona är att skapa flera
individer med identiska gener.
Somliga läkare påstår att de håller
på att klona människor.
Vad ska man tro om det?
Stamceller är celler med evigt
liv. De kan bilda flera av de
celltyper vi har i kroppen och
skulle därför kunna användas
för att odla ersättningsceller
med vilka man kan laga
skadade delar av kroppen.
Spontan kloning - enäggstvillingar
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Förändringar i DNA sekvensen sk mutationer
fel bas - max 1 aminosyra fel
fattas bas en bas
för mycket -
AAT
AAT
AAT
AAT
AAT
CCG
CCC
ACG
CCG
CCA
GAG
GAG
GAG
AGA
GGA
alla efter
blir fel
ATC
ATC
ATC
TCG
GAT
GGC…
GGC…
GGC…
GC… CGG C…
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
RESTRIKTIONSENZYMER
• känner igen och klyver DNA vid
specifika symmetriska sekvenser
(palindromer).
XhoI
5’...C T C G A G...3’"
3’...G A G C T C...5’ "
• finns i bakterier som ett försvar
mot främmande DNA (virus).
• cellens egna DNAt är skyddat via
metylering -CH3.
Kristallstruktur av
EcoRV i komplex med
dubbelsträngat DNA
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Restriktionsenzymer ger upphov till ändar
av olika utseende
ETT DNA-fragment av
intresse kan kopplas ihop
med en vektor med likadan
ändar, som DNA-fragmentet.
Dessa ändar kan vara
1. blunt ends “trubbiga, raka”
2. sticky ends “klibbiga”
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Restriktionsfragment av DNA kan separeras
med avseende på storlek med elektrofores
DNA-banden synliggörs vid tillsats
av etidiumbromid (EtBr)
Stort fragment
EtBr binder in mellan baserna och
fluorescerar orange vid UV-bestrålning
Ett virus DNA, SV40, har behandlats
med tre olika restriktionsenzymer, A, B, C
Litet fragment
En liten DNA-bit vandrar snabbare i gelen, medans en
större DNA-bit vandrar långsammare
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Vanliga kloningsvektorer är plasmider
Plasmid = naturligt extra DNA i bakterier, cirkulärt 5-400 kbaser;
replikeras separat från värdcellens kromosom, innehåller
tex gener, som ger antibiotika resistens; kan överföras
mellan bakterier.
Bakterial DNA
Plasmids
pBR322 = en konstruerad plasmid ursprungligen från E. coli,
med flera gener för antibiotikaresistens och flera olika
restriktionsklyvningsställen, som används i kloningsexperiment.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
DNA-kloning
- plasmid (kloningsvektor) klipps upp
med restriktionsenzym
- DNA-fragment som ska klonas
har samma “klibbiga ändar”, som vektorn
- mha enzymet ligas bildas bindningar
mellan DNA-fragmentet och plasmiden
- en större plasmid har bildats
- plasmiden överförs till en bakterie
(transformera = ta upp)
- odla bakterien
Obs! Bara ett fåtal bakterier tar upp
plasmiden. Hur hittar man just den med
insatt DNA !
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Hur hittar man de bakterier, som tagit upp plasmid
med insatt DNA ?
Vissa bakterier har tagit upp plasmid
med DNA-fragment, andra har tagit upp
plasmid utan DNA-fragment och några
har inte tagit upp någon plasmid alls.
Kloningsvektorer innehåller ofta antibiotika
resistens. Därför låter man bakterien
växa på en agarplatta med antibiotika och bara
de bakterier med plasmiden börjar växa.
Bakterien med plasmid odlas upp och plasmiden kan DNA-sekvenseras
eller man kan välja en vektor med genen för två antibiotika för att
bestämma vilken bakterie, som har plasmid med insatt DNA.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
PCR
(polymerase chain reaction)
Ett sätt att mångfaldiga ett DNA-fragment
1993 fick Kary B Mullis
nobelpriset i kemi för PCR
Ett värmestabilt DNA polymeras från en bakterie,
som lever i heta källor används. Alternerande varmt
(separera de två strängarna) och kallt gör att en
syntetisk primer binder och DNA pol. kan addera
nukleotider till primern. Vid varje uppvärmning fås
dubbelt så många templat.
PCR används vid:
• sjukvårds diagnostik
• brottsutredningar (CSI)
• amplifiera våra förfäders DNA
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Genmodifierad potatis i svenska åkrar
Vanlig potatis innehåller stärkelse,
som består av 2 typer av glukospolymerer
amylopektin (85 %)
amylos (15 %)
Man har tagit fram en potatis, som
nästan bara innehåller amylopektin (98 %).
Modifieringen innebär att stärkelsen bli mer användbar i industrin.
Stärkelsen kan då användas för t.ex. ytbehandling av papper.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Lagom mogna tomater
Tomaten har fått en bit DNA, som bromsar mognaden.
Den nya DNA-biten i sig är inte farlig. Den skiljer
sig inte från allt annat DNA vi får i oss med det
vi äter.
Hur gör man detta ?
Mognads processen i tomater;
stärkelse
eten
sackaros
Anti sense-gener.
Bonus; antioxidanter
Smakämnen bildas, tomaten blir röd och
den mjuknar. Eten startar mognadsprocessen, enzymer bildas, som bryter
ner bl a cellulosa och pektin, tomaten
mognar.
En antisense-gen bildar ett mRNA, som
är komplementärt till ett mRNA av
intresse,dessa basparar och hindrar
proteinet att bildas.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
TACK FÖR I DAG!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
