6. A kromoszómák replikációja; a genetikai információ átíródása és az RNS érés

Question 1

Mi a replikáció lényege?

Answer 1

A DNS szál szemikonzervatív megduplázódása az S fázisban (enzimesen katalizált)

Question 2

Miből áll a sejtciklus?

Answer 2

Az osztódásra felkészítő interfázisból (G1, S, G2 fázisok), valamint az M-fázisból áll –> mitózis, majd pedig a citokinézis (a sejtplazma és sejtmembrán kettéválása)

Question 3

Humán sejteknél meddig tart a replikáció?

Answer 3

A teljes ciklus harmada, azaz 8 óra / 24 óra

Question 4

Szemikonzervatív replikáció

Answer 4

1. A szülői DNS mindkét szála mintaként szolgál
2. Replikációs origóból indul, 5’->3’ irányba, az A-T gazdag régiókból (két H-híd, könnyebben felnyitható)
3. Replikációs buborék képződik (két replikációs villa közötti rész), két ellentétes irányba indul a szintézis a szülői szálon, DNS polimeráz segítségével (két irányba tágul a buborék - térben bidirekcionális replikáció)

Question 5

Origó aktiválódás

Answer 5

Origó tüzelés:
1. Különböző időpontokban: korai (S elején) és késői (S végén) tüzelő régiók
(Ha egyszerre tüzelnének, 1 óra lenne az S-fázis, így 8 óra hosszú)
2. Iniciátor fehérjék aktiválják az origót, “engedély faktorok” is szerepet játszanak a tüzeléskor degradálódnak, így az origók csak egyszer tüzelnek
3. A fellazulás időigényes, míg a replikáció állandó sebességű

Question 6

Mikor képződnek nukleoszómák?

Answer 6

A replikáció alatt már tekeredik is a hisztonfehérjékre a DNS, az S-fázis alatt –> ilyenkor ahogy a DNS is, ezek száma is megduplázódik a megfelelő feltekeredéshez

Question 7

A DNS vezető és követő szálának szintézise

Answer 7

Egy replikációs villában található belőlük egy-egy:

1. Vezető szál (folyamatos szintézis): a polaritás szerinti szintézis irány megegyezik a villa nyílásának irányával, azaz a villa nyílásával együtt halad a DNS-polimeráz
2. Követő szál (darabos szintézis): a DNS-polimeráz megvárja, amíg a villa jobban kinyílik, ugrik egyet (a villa széléhez), és az ellentétes irányban építi a szálat –> Okazaki fragmentumok, ezek később egyéb enzimek segítségével kapcsolódnak össze

Question 8

DNS hibajavítás

Answer 8

A DNS-polimeráz önkorrekcióra képes: 3’→5’ exonukleáz aktivitása is van, ami azt jelenti, hogy képes kihasítani az általa közvetlenül az előző lépésben beépített hibás bázist, mielőtt folytatná a replikációt

Question 9

Miért fontos az egyirányúság a DNS hibajavításánál?

Answer 9

Mivel egy nukleotid az 5’ végén lévő trifoszfátból nyert energiával épül be (pirofoszfát elhidrolizálódik, kialakul a foszfodiészter kötés a segítségével)

–> Ha az irány fordított lenne, a trifoszfát a következő beépülő nukleotidnak tartogatná az energiát –> hibajavításnál a kivágágódott hibás nukleotid után más már nem tud beépülni, mivel a pirofoszfát energiáját már felhasználtuk –> ez gátolná a szintézist

Question 10

Sejtfúziós kísérlet a re-replikációval kapcsolatban

Answer 10

Kutatók sejteket fúziónálva vizsgálták a partner sejtek citoplazmáinak hatását egymás sejtmagjaira

1. G1 és S fázisú sejtek fúziója: gyorsan beinduló DNS szintézist eredményezett a G1 fázisú sejtmagban
2. S és G2 fázisú sejtek fúziója: DNS szintézis nem indult a G2 fázisú sejtben

–> Következtetés: “engedély faktorok” indítják a replikációt –> korábban tüzelt origót replikációs gátlás alatt állnak, az engedély faktorok degradálódnak a replikáció során

Question 11

Transzkripció lényege

Answer 11

A kétszálú DNS felnyílik, és a kódoló templát száláról egyszálú RNS-átirat készül a sejtmagban –> Nem másolat, mert az RNS-ben dezoxiribóz helyett ribóz van, és Timin hellyett Uracilt tartalmaz
–> Nincs önkorrekciós mechanizmus: így kb. 20-szor gyorsabb a replikációnál

Question 12

Transzkripció folyamata

Answer 12

1. A promóterekhez kapcsolódik az RNS-polimeráz enzim (promóterek erőssége befolyásolja a transzkripció gyakoriságát és az expresszió szintjét is)
2. Felnyílik a kettős hélix (transzkripciós buborék), vegyes hélix (heteroduplex, RNS+DNS) keletkezik a trifoszfát energiájával beépülő nukleotidokból az RNS polimeráz segítségével.
3. Mögötte az RNS leválik, a DNS szálak összekapcsolódnak

Question 13

RNS-polimeráz enzimkomplexek

Answer 13

• RNS-polimeráz I. (rRNS szintézise)
• RNS-polimeráz II. (mRNS szintézise)
• RNS-polimeráz III. (tRNS szintézise)

Question 14

Eukarióta RNS érése (splicing)

Answer 14

Az éréshez fontos a transzkripció és transzláció elválasztása, a sejtmaghártya

1. A primer átirat mozaikos (hnRNS, heterogén nukleáris RNS), exonok és intronok vannak benne, mint a DNS-ben, amiről készült
2. Az mRNS intronjai és exonjai határát felismeri a splice-szóma (fehérjék és RNS-ek komplexe), még a sejtmagban kivágja az intronokat, az exonokat összeilleszti
3. Sapka: az mRNS 5’ végére, fordítottan, metilezett guanin nukleotidból áll (5’-5’ foszfodiészter kötés)
   (sapkázó metil-transzferáz az RNS-polimeráz II.-n van csak)
   Farok: az mRNS 3’ végére kerül, kb.: 100-200 nukleotidból, poliadeninből áll
4. Az érett mRNS a nukleáris pórusokon keresztül a citoszolba jut, itt a riboszómák felismerik az 5’ véget, magukhoz kapcsolják elindítva a transzlációt

Question 15

A sapka és a farok funkciója (RNS érés)

Answer 15

1. Védik az mRNS-t a degradációtól
2. Megakadályozzák, hogy térszerkezete alakuljon ki
3. Lehetővé teszik a nukleáris exportot
4. Később a riboszómákkal való interakcióban játszanak szerepet

Question 16

Mi jellemző az rRNS génjeire?

Answer 16

1. Egyes kromoszómák végeinek közelében találhatók meg, sokszoros tandem ismétlődésekben
2. Erős promóterekkel rendelkeznek ezek a gének, tehát jelentős az expressziójuk
3. Nem mozaikosak (nincsenek intronok bennük)

Question 17

Riboszómák létrejöttének folyamata

Answer 17

1. Prekurzor átirat képződik az rRNS-génekről
2. Ehhez hozzáépülnek a riboszómás fehérjék olyan egyéb fehérjékkel együtt, amelyek később háromfelé darabolják a prekurzor RNS-t
   - -> mindez az rRNS gén mentén történik, az RNS polimeráz I. enzimek sűrűn követik egymást, így kialakul az elektronmikroszkópban látható ún. karácsonyfa struktúra

–> feldarabolódó RNS-ek (nagy alegység) és kapcsolódó r-proteinek (kicsi alegység) komplexe: riboszóma alegység –> kijutnak a citoszolba –> a citoszolban összeállnak kész riboszómává, ha felismernek egy mRNS-t

Question 18

Nukleólusz létrejötte

Answer 18

Azok a kromoszómák, amelyeken rRNS-gének vannak, közel rendeződnek el egymáshoz a sejtmagban

Question 19

Nukleólusz felépítése

Answer 19

Nincs membránja, az rRNS gének, a képződő riboszóma egységek (RNS és fehérje) és az RNS polimeráz komplexei közötti kölcsönhatások tartják össze (lokális szintézis erősítés)

Question 20

Nukleólusz felbomlása

Answer 20

A mitózis kezdetén a nukleólusz megszűnik, hiszen leáll az RNS szintézis és az rRNS-t kódoló kromoszóma végek is kondenzálódnak (másodlagos befűződések).
A mitózis befejeződésékor újra képződnek a nukleóluszok is az új sejtmagokban.

Question 21

Fő pontok

Answer 21

1. A replikáció lényege
2. Miből áll a sejtciklus? (interfázis: G1 S G2 és M és citokinézis)
3. Humán sejteknél a replikációs idő
4. Szemikonzervatív replikáció, origó tüzelések (korai és késői, inicátor f. és engedély faktor) –> sejtfúziós kísérletek a re-replikációval kapcsolatban (nincs újratüzelés)
5. DNS vezető és követő szálának szintézise
6. DNS hibajavítás és az egyirányúság fontossága ebben
7. Transzkripció lényege és folyamata
8. RNS-polimeráz enzimkomplexek
9. Eukarióta RNS érése, splicing
10. Sapka és farok funkciója
11. rRNS génjeinek jellemzői (erős expresszió, nem mozaikos, DNS szálak végén tandem ismétlésben néha)
12. Riboszómák létrejötte
13. Nukleólusz létrejötte, felépítése (rRNS gének, riboszóma alegységek, RNS polimeráz) és felbomlása