02-genska Informacija

2. poglavje GENSKA INFORMACIJA IN KAKO DO NJE

2. poglavje Genska informacija 2.1. Uvod Sodobna biotehnologija se od klasične biotehnologije loči predvsem po uporabi metod rekombinantne DNA tehnologije, ki izkorišča znanja molekularne biologije in biokemije. Z odkritjem genov in njihovo manipulacijo oziroma kasnejšo vgraditev v gostiteljski organizem lahko vplivamo na primarni in sekundarni metabolizem nastalih transgenih organizmov. V farmacevtski biotehnologiji s pomočjo izledkov sodobne genetike in molekularne biologije že dobro desetletje pridobivamo rekombinantne zdravilne učinkovine, ki predstavljajo vedno večji delež sodobne materiae medicae.

2.2. Genska zasnova Genoma prokariontskega in evkariontskega organizma se kvalitativno in kvantitativno razlikujeta.

Prokariontski organizem ima jedrni ekvivalent, ki ga ne obdaja jedrna membrana, genski ekvivalent prosto plava po citosolu, le na nekaterih mestihje pripet na citoplazmatsko membrano. Poleg glavnega kromosoma pa imajo nekatere bakterije (pa tudi nekateri evkariontski organizmi-glive) ekstrakromosomske DNA, dvojnovijačne cirkularne molekule, imenovane plazmidi. Genska informacija, ki jo plazmid nosi, običajno ni pomembna za vsakdanji metabolizem, aktivira se samo v specialnem okolju (antibiotiki-rezistenca).

Velikosti genoma: Organizem

Bazni pari

Geni

Phi-X virus

5 386

10

Človeški mitohondrij

16 569

37

Epstein-Barr virus

172 282

80

Mycoplasma pneumoniae

816 394

680

Clamydia trachomatis

1 042 519

936

Borelia burgdorferi

1,44 x 106

1 738

Helicobacter pylori

1 667 970

1 589

Neisseria meningitidis

2 272 351

2 221

Mycobacterium tuberculosis

4 411 532

3 959

Escherichia coli

4 639 221

4 377

Organizem

Bazni pari

Geni

12 x 106

5 885

Caenorhabditis elegans

95,5 x 106

19 820

Drosophila melanogaster

1,8 x 108

13 601

Arabidopsis thaliana

1,17 x 108

25 498

Saccharomyces cerevisiae

Zgoraj naštetim genomom je bilo določeno celotno nukleotidno zaporedje. Pri spodnjih genomih, pa je podana le približna ocna nukleotidov in genov. (Človeški genom je bil določen v celoti, vendar pa je točno število genov, ki kodirajo encimov še vedno uganka). Človek

3,3 x 109

≅ 39 000 ?

Pšenica

16 x 109

≅ 30 000

Dvoživke

109 - 1011

?

Psilotum nudum

2,5 x 1011

?

2.3. Izražanje genov 2.3.1. Transkripcija a) podvojevanje DNA DNA molekule se morajo pred celično delitvijo tudi same deliti. Postopek poteka semikonservativno. DNA se podvoji s hitrostjo 1000 nukleotidov na sekundo, torej se seloten jedrni ekvivalent E. coli pomnoži v 40 min. Zaradi reparacijskih mehanizmov je napaka le 1: 109 nukleotidov!

šablonski verigi 5

'

3

'

replikacijske vilice DNA polimeraza

3 5'

'

Okazakijevi fragmenti DNA ligaza

3

'

5

'

vodilna veriga

3

5 '

'

počasnejša veriga

b) prepis DNA v RNA Centralna dogma DNA

RNA

protein

5’ ... A T G G C C T G G A C T T C A ... 3’

smiselna veriga DNA

3’ ... T A C C G G A C C T G A A G T ... 5’

protismiselna veriga DNA

Transkripcija protismiselne DNA 5’ ... AUG GCC UGG ACU UCA ...3’

mRNA

Translacija informacijske RNA -Met-Ala-Trp-Thr-Ser- protein

Prepisovanje poteka v več stopnjah:

1. Vezava transkripcijskih faktorjev na promotorsko regijo 2. Vezava Rna polimeraze na kompleks transkripcijskih faktorjev 3. prepis 4. procesiranje RNA e k s o n i n1 t r o

n

eA k s o n i n2 t r o

n

eB k s o Dn

N3

A

eB k s o pn

r 3i m

t r a n s k r i p c i j a e k s o n i n1 t r o

v e z a v a e k s o n i n1 t r o

n

n

eA k s o n i n2 t r o

" c a p "

n

f a k t o r j a

eA k s o n i n2 t r o

n

i z r e z o v a n j e

i n

o l i a d

eB k s o pn o 3 l i - A p - r r e e p - m

i n t r o n

o v

e k s o en k 1 s o en k 2 s o pn o 3 l i - A z - r ee pl a

t r a n s l a c i j a

p

a r n i

m

R

N

A

t r a n s k e n i l a c i R

N

A

Celoten lac operon:

strukturni geni

RNA polimeraza

operon Z gen

Y gen

A gen

laktoza ribosom

mRNA

lac represor

 galaktozidaza

permeaza

transacetilaza

Organizacija evkariontskega gena

Regulacija pri evkariontih:

Zadnji rezultati kažejo na to, da je pri človeku okoli 39.000 genov.  Nekateri so aktivni vse življenje. Imenujejo se hišni geni (housekeeping genes) in so odgovorni za rutinske metabolne funkcije celice (npr. respiracija). 

Nekateri se aktivirajo v posameznih fazah diferenciacije.



Nekateri se izrazijo le pri spremembi okolja (stresni proteini, itd)

Regulacija evkarionstkih genov temelji na : - promoterjih - daljnih promoterjih (enhancer) - utiševalcih ter v odvisnosti od hitrosti transkripcije (števila genov), stabilnosti mRNA molekul, hitrosti translacije.

KAKO DO GENSKE INFORMACIJE ZA PRIPRAVO BIOLOŠKE ZDRAVILNE UČINKOVINE?