Document

Spis treści
5 Budowa kwasów nukleinowych ...................................................................................................... 68
5.1
Nukleotydy ............................................................................................................................... 68
5.2
Łaocuch polinukleotydowy ...................................................................................................... 71
5.3
Nić komplementarna ............................................................................................................... 71
6
Centralny dogmat Biologii Molekularnej ....................................................................................... 74
7
Przepływ informacji genetycznej .................................................................................................... 76
7.1
Kod genetyczny ....................................................................................................................... 77
7.2
Rodzaje Mutacji ....................................................................................................................... 80
7.3
Poziomy mutacji ...................................................................................................................... 81
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 67
5 Budowa kwasów nukleinowych
5.1 Nukleotydy
Kwasy nukleinowe (DNA i RNA) zbudowane są z nukleotydów.
Nukleotydy zbudowane są z reszty cukrowej, zasady azotowej i reszty fosforanowej.
Reszta cukrowa występująca w kwasach nukleinowych to pentoza: w DNA - deoksyryboza, która w
pozycji 2 ma wodór zamiast grupy -OH (D-Deoksyryboza, 2-Deoksy-D-ryboza), a w RNA - ryboza.
(Rysunek)
H
H
5'
OH C H
5'
OH
O
1'
4'
H
2'
OH
OH
O
1'
4'
H H
3'
OH
OH C H
H
3'
OH
H H
2'
H
Rysunek. Ryboza i deoksyryboza.
Zasady azotowe występujące w kwasach nukleinowych to puryny (R): adenina (A) i guanina (G),
oraz pirymidyny (Y): tymina (T), cytozyna (C) i uracyl (U). W DNA występują A, G, T i C, w RNA
zamiast T występuje U.
Poza tymi pięcioma najbardziej znanymi zasadami w DNA i RNA występują jeszcze ich
zmodyfikowane wersje. W DNA: 5-metylocytydyna (m5C), a RNA: pseudourydyna (Ψ),
dihydrourydyna (D), inosyna (I), rybotymidyna (rT) i 7-metylguanosyna (m7G).
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 68
puryny (R)
pirymidyny (Y)
H
N
H
H
6
7
5
9
4
1
8
N
3
H
N
2
3
H
N
2
4
H
N
6
5
1
N
H
H
adenina (A)
guanina (G)
tymina (T)
cytozyna (C)
uracyl (U)
Nukleozydy powstają w wyniku połączenia zasady azotowej z pentozą (węgiel C1) wiązaniem N-βglikozydowym. Zasady połączone z rybozą tworzą rybonukleozydy, a z deoksyrybozą deoksyrybonukleozydy.
dA
dG
dT
dC
rA
rG
rU
rC
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 69
Reszta fosforanowa to reszta kwasu ortofosforowego, czyli nukleotydy są jego estrami: 5'-fosforany
nukleozydów.
5'adenozyno monofosforan (AMP) :
deoksy 5'adenozyno monofosforan (dAMP) :
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 70
5.2 Łańcuch polinukleotydowy
Nukleotydy łączą się wiązaniem fosfodiestrowym tworząc łańcuchy polinukleotydowe (DNA lub
RNA)
(rysunek: http://en.wikipedia.org/wiki/File:PhosphodiesterBondDiagram.png)
[....]
5' i 3' koniec łańcucha
więcej o nici DNA
[....cdn]
v
5.3 Nić komplementarna
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 71
[....]
wiązania wodorowe między nukleotydami, pary komplementarne, nić komplementarna
[....]
DNA i RNA - jedno i dwuniciowe, różne formy helis DNA
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 72
(Rysunek: http://en.wikipedia.org/wiki/File:A-DNA,_B-DNA_and_Z-DNA.png)
A-DNA, B-DNA, Z-DNA
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 73
6 Centralny dogmat Biologii Molekularnej
•
informacja genetyczna przechowywana jest w sekwencji zasad polimeru DNA
•
trójki (tryplety) zasad DNA kodują 20 naturalnych aminokwasów
•
sekwencja aminokwasów w białku determinuje jego strukturę
•
sekwencja i struktura determinują funkcję
Bioinformatyka
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 74
Złożoność informacji i procesów komórkowych
Człowiek posiada 1013 KOMÓREK! – każda ma identyczny skład DNA o długości około 3,2x109pz
 ... identyczny skład, ale zróżnicowane typy komórek i różne funkcje tkanek
 ... z 3,2x109pz tylko 1.5% koduje białka!
Wielkość genomu nie koreluje się ze złożonością organizmu

wśród bezkręgowców i kręgowców można znaleźć większe genomy od ludzkiego

- jeden z gatunków ameby ma aż 100x więcej DNA niż człowiek

- na ogół genomy prokariotyczne są mniejsze od eukariotycznych

- genom prokariotyczny ma wielkość poniżej 5Mpz (np. Escherichia coli 4,64 Mpz)
Gen/Genom
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 75
GENOM...
7 Przepływ informacji genetycznej
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 76
7.1 Kod genetyczny
-translacja
Otwarte ramki odczytu (ORF)
otwarte ramki odczytu – ORF (Open Reading Frame). wszystkie możliwe sekwencje DNA
rozpoczynające się kodonem ATG (kodon inicjujący translację) i kończące TAG, TAA lub TGA
(kodony „stop”) w tej samej fazie odczytu.
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 77
1' sekwencja czytana od pierwszego nukleotydu: +1, pierwsza ramka odczytu
2' sekwencja czytana od drugiego nukleotydu: +2, druga ramka odczytu
3' sekwencja czytana od trzeciego nukleotydu: +3, trzecia ramka odczytu
sekwencja nici komplementarnej czytana od pierwszego nukleotydu: -1, czwarta ramka odczytu
sekwencja nici komplementarnej czytana od drugiego nukleotydu: -2, piąta ramka odczytu
sekwencja nici komplementarnej czytana od trzeciego nukleotydu: -3, szósta ramka odczytu
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 78
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 79
7.2 Rodzaje Mutacji
J.T. den Dunnen, S.E. Antonarakis: Hum Genet 109(1): 121-124, 2001
Zmienność sekwencji (sequence variation)

mutacje - zmiany odpowiedzialne za choroby

polimorfizm - zmiany nie wywołujące chorób, spotykane w częściej niż w 1% populacji
Rodzaje mutacji

chromosomowa - aberracja chromosomowa to zmiana liczby lub struktury chromosomów.

genomowa - utrata lub pojawienie się dodatkowych pojedynczych chromosomów, lub
zwielokrotnieniu całego genomu (poliploidalność)

genowa - zmiana dziedziczna zachodząca w genie, na poziomie kwasu
dezoksyrybonukleinowego DNA
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 80
7.3 Poziomy mutacji
Opis zmian powinien być dokonywany na najbardziej podstawowym poziomie. Np. w przypadku
DNA na sekwencji genomowej lub cDNA
Zmiany opisuje się względem sekwencji pierwotnej zdeponowanej w bazie danych: GenBank, EMBL,
DDJB, SWISS-Prot.
Poziomy:
•
DNA
•
RNA
•
Białko.
Mutacje DNA
Substytucja
Substytucja (zamiana) oznaczana przez „>”
76A > C nukleotyd 76A zamieniony na C
88+1G > T (IVS2 +1G > T) G zamieniony na T w +1 intronu 2, pozycja 88-89 w odniesieniu
do cDNA (+1 : ATG kodon inicjujący translacje, -1: brak zasady 0)
Delecja
Delecja (deletion) „del” za nukleotydem oznaczającym delecje
76_78del (76_78delACT) oznacza usunięcieACT zmiejsca 76 to 78
82_83del (82_83delTG) oznacza usunięcie TG z sekwencji
ACTTTGTGCC (G jest 82 nukleotydem) wynik: ACTTTGCC
Insercja
Insercja (insertions) „ins” między nukleotydami, oznaczającymi miejsce wstawienia. (uwaga: czasami
dodaje się "^"- np. 83^84insTG)
76_77insT oznacza wstawienie T między nukleotydami 76 a 77
83_84insTG oznacza wstawienie TG do sekwencji powtórzeń tandemu TG
ACTTTGTGCC (G jest 83 nukleotydem) ACTTTGTGTGCC.
insercja/delecja
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 81
insertion/deletions (indels)
delecja/insercja (delins) delecja, po której następuje insercja
112_117delinsTG
lub 112_117delAGGTCAinsTG
lub 112_117>TG
oznacza zastąpienie nukleotydów 112 to 117 (AGGTCA) przez TG
Powtórzenia
Powtórzenia krótkiej sekwencji (variability of short sequence repeats), np..:
ACTGTGTGCC (A jest 1991 nukleotydem)
1993(TG)3-6 sekwencja zawiera od miejsca 1993 TG-dwunukleotyd, który powtarza się w
populacji 3-6 razy
Duplikacje
duplikacje (duplications) oznaczane przez „dup” ponukleotydzie oznaczajacym miejsce duplikacji
77_79dupCTG nukleotydy 77 do 79 są powielone
82_83dupTG (lub 83_84insTG)
(short tandem repeats lub single nucleotide stretches) insercja TG do sekwencji powtórzeń
tandemu TG:
ACTTTGTGCC (A jest 76 nukleotydem) ACTTTGTGTGCC
Inwersja
Inwersja (inversions) oznaczana „inv” za nukleotydem oznaczającym miejsce rozpoczęcia inwersji. obrócenie sekwencji o 180o
203_506inv ( 203_506inv304) znacza, że 304 nukleotydy od 203 do 506 zostały odwrócone
Inne mutacje DNA:

translokacja

zmienność w obrębie różnych alleli (choroby recesywne):
o [zmiany w 1] + [zmiany w 2]

zmienność w obrębie tego samego allela
o [zmiana 1;2;3]
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 82
Allel jest to jedna z wersji genu w określonym locus na danym chromosomie homologicznym.
Mutacje białka
Substytucja (zamiana, mutacje punktowe)

„cicha” zamiana nukleotydów nie powodująca zmian w sekwencji aminokwasowej

błędna (missense)
W26C zamiana 26-tego tryptofanu na cysteine

nonsensowna (nonsense)
W26X zamiana 26-tego tryptofanu na kodon STOP
p.? lub p.0 początkowa metionina (initiating Methionine M1) zaminiona np. na V (M1V niepoprawnie oznaczeni), - nie powstaje żadne białko
Delecja
Delecja oznaczana przez „del”
K29del w sekwencji CKMGHQQQCC (C jest 28 ak) (usunięcie 29 lizyny) CMGHQQQCC
Q35del w sekwencji CKMGHQQQCC (C jest 28 ak) CKMGHQQCC
C28_M30del usunięcie 3 aminokwasów od Cysteiny 28 do Metioniny 30
Duplikacja
Duplikacja oznaczana przez „dup”
G31_Q22dup w sekwencji CKMGHQQQCC (C jest 28 ak) (duplikacja od G31 doQ33)
CKMGHQGHQQQCC
H34_Q35dup CKMGHQHQCC (C jest 28 ak) CKMGHQHQHQCC
(lub insercja duplikująca tandem HQ: Q35_C36insHQ)
Insercja
Insercja oznaczana przez „ins” (uwaga czasami używany jest separator „^”: Q83^C84insQ)
K29_M29insQSK wstawienie sekwencji QSK między Lyzynę 29 (K) and Metioninę 30 (M)
CKMGHQQQCC → CKQSKMGHQQQCC
Q35_C36insQ : CKMGHQQQCC → CKMGHQQQQCC (lub insercja duplikująca Q35dup)
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 83
Insercja/delecja
Insertion/deletions (indels) delecja trójki nukleotydów, po której nastapiła insercja inne trójki:
C28_K29delinsW delecja dwóch trójek nukleotydów kodujących Cysteine 28 i Lysine 29,
zastąpionych kodonem tryptofanu
C28delinsWV usunięcie trójki nukleotydów kodujących cysteinę i wstawienie kodonów
Tryptofanu (W) i waliny (V)
Przesunięcie ramki
frame shifting mutations: fs
◦
R97fsX121 (lub R97fs)
przesunięcie ramki odczytu, zmieniające argininę (R97) w pierwszy amiokwas nowej ramki
zakończonej po 23 aminokwasach (X121)= kodon STOP w pozycji 121 łańcucha białkowego.
Skrypt Bioinformatyka DRAFT
Strona 84