BiotechTermTudalapjai1

BiotechTermTudalapjai1 - Pécs Miklós: A biotechnológia

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 1-2. előadás: A DNS felépítése és működése A tananyag felépítése: A BIOTECHNOLÓGIA TERMÉSZETTUDOMÁNYI ALAPJAI Műszaki menedzser MSc hallgatók számára 2 + 0 + 0 óra, félévközi számonkérés 3 ZH: március 08, április 12, május 06 Előadó: dr. Pécs Miklós egyetemi docens Elérhetőség: F épület, FE lépcsőház fsz 1, tel: 463-4031 pecs@eik.bme.hu pecs@eik.bme.hu Írásos segédanyag található a: http://oktatas.ch.bme.hu/ oktatas/konyvek/mezgaz/BiotechManager címen Genetikai alapok: a DNS replikációja mutációk, repair operon szabályozás Mikrobiológiai alapok: tulajdonságok, felosztás szaporodás, a mikrobák és környezetük Génmanipulációs módszerek Indukált mutáció + szelekció anyagcsere mérnökség Protoplaszt fúzió Célzott génbevitel plazmidokkal Génbevitel Agrobacteriumokkal Génmanipulált mikroorganizmusok Génmanipulált növények Génmanipulált állatok Biotermékek gyártása Szabályozás engedélyezés 1 I. Prokarióták és eukarióták Karyon = sejtmag pro- = elő/első 2 Prokarióta és eukarióta sejt eu- = valódi/jó/igazi Alapvető különbség: nincs/van valódi, körülhatárolt sejtmagjuk Evolúcióban: a prokarióták az ősi, egyszerűbb formák, az eukarióták összetettebbek, később jelentek meg Prokarióták: a baktériumok, beleértve a fonalas szerkezetű sugár-gombákat (Actinomycetales) is, és a kékmoszatok (Cyanobacteriales) Eukarióták: élesztők, fonalas gombák, protozoák, zöldmoszatok, és az összes többsejtű élőlény 3 4 Prokarióta DNS (E. coli) (duplikálódás közben) Prokarióta sejtek evolúciója eukariótává 5 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék Eukarióta DNS (kromoszómák) 6 1 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai DNS szál Építőkövek foszfát 1. A DNS molekula szerkezete • Alapegységek: három molekuából tevődnek össze: cukor, foszfát, bázis. A négyféle bázis miatt négyféle egység: A, C, G, T • Lineáris: a cukor-foszfát lánc igen hosszú polimert képez. 1-2. előadás: A DNS felépítése és működése cukor Cukor-foszfát A DNS szerkezete Bázis Nukleotid DNS kettős hélix Dupla DNS szál Cukor-foszfát váz Hidrogén kötéssel összetartott bázis párok 7 A kromoszómák finomszerkezete 8 A DNS tömörítése A DNS gömb vagy korong alakú hisztonokra (bázikus fehérjékre) tekeredik fel •A DNS feltekert és többszörösen összehajtogatott formában tárolódik a kromoszómákban. • A DNS szál kb. 50.000-szer hosszabb, mint a kromoszóma 9 10 A DNS replikációja 2. A DNS funkciói, működése Átírás DNS-ről DNS-re. - szétcsavarás - komplementer szálak szintézise - ellentétes irányú szintézis - Okazaki fragmensek Átírás DNS-ről mRNS-re: a fehérjeszintézis első lépése (transzkripció) - kodogén szál, - néma szál Átírás DNS-ről más RNS-re, (riboszóma RNS, transzfer RNS) ezek bázissorrendje is itt tárolódik, szintézisük direkt átírással történik 11 12 Figure 6-11 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 1-2. előadás: A DNS felépítése és működése A DNS replikációs gépezet A DNS replikációja Vezető szál mintaként Csúszó gyűrű Utoljára szintetizált szál DNS polimeráz a vezető szálon VEZET Ő SZÁL RNS primer Szülői DNS kettős hélix KÖVET Ő SZÁL primáz új Okazaki szakasz DNS helikáz (ez a fehérje tekeri ki a DNS-t) Egy szálú DNS-t stabilizáló fehérje Követő szál mintaként DNS polimeráz a követő szálon (amint éppen befejez egy Okazaki szakaszt) 13 14 Figure 6-12 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) A DNS replikációja A DNS replikációja 15 Figure 6-2 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) 16 Figure 6-3 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) A DNS átírása fehérjékre Két lépésben: 1. Átírás (transzkripció) DNS-ről mRNS-re 2. Fehérjeszintézis (lefordítás, traszláció) mRNS-ről aminosavláncra 17 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 18 3 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 1-2. előadás: A DNS felépítése és működése Átírás (transzkripció) DNS-ről mRNS-re A genetikai kód közös az egész élővilágban. A fehérjealkotó aminosavakat (20 féle) bázishármasok (triplettek) kódolják (64 féle) Redundáns (ismétlődő) kód. Csak az egyik DNS szál hordozza az információt, csak ez íródik át mRNS-re 19 20 Figure 7-6 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) Az értelmes DNS szál elhelyezkedése A kiíró enzim működése vázlatosan Csak az egyik DNS szál hordozza az információt, csak ez íródik át mRNS-re. Ez viszont változik, hol az egyik, hol a másik szál értelmes, ennek megfelelően a kiírás iránya is változik. 21 Kódolás prokarióta és eukarióta sejtekben 22 Átírás humán sejtekben • Nincsenek operonok, bonyolultabb. A humán DNS nagyon sok felesleges szakaszt tartalmaz, amelyek a mRNS-en hurkokat képeznek. Ezeket a szakaszokat (intron) egy enzimrendszer kivágja, a maradék mRNS-ről szintetizálódnak a fehérjék. 23 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 24 4 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 1-2. előadás: A DNS felépítése és működése Mutáció • … az örökítő anyagban bekövetkezett ugrásszerű változás, ami átöröklődik az utódokra. • Belső okok: a másolórendszer tökéletlenségéből eredő hibák: kb. 1 hiba/millió másolt bázis • Külső okok: a környezet mutagén hatásai: – kémiai anyagok reagálnak a DNS-sel és megváltoztatják azt – fizikai okok: sugárzások (kozmikus sugárzás, UV sugárzás, kőzetek radioaktív sugárzása, Röntgen) Ezek a nagy energiájú sugárzások kémiai reakciókat idéznek elő a DNS-en. 25 26 Mutációk Mutációs ráta Mutációs • Pontmutációk: egy bázist, vagy bázispárt érintenek. • Ha csak egy bázis változik meg: egy aminosav változik meg a fehérjében • Ha egy bázis beépül, vagy kiesik: az egész utána következő szakasz értelmetlen lesz (shift mutáció) • Kromoszóma mutációk: • egy DNS szakaszt érintő kiesés (deléció), áthelyeződés (transzpozíció), megfordulás (inverzió) • egyes kromoszómákat érintő változás: törés, megkettőződés, számbéli változás (géndózis): xxx, xyy, xxy, Down kór • egész kromoszómaszerelvényt érintő megsokszorozódás: pl.: xn (ploiditás) • … a mutációs hatások és a repair mechanizmusok egyensúlya határozza meg. • Egészséges mutációs ráta: biztosítja a fajon belüli változatosságot, ezzel az evolúciós rugalmasságot. • Pl. vizsgálták egy rovarfajnál, amely a trópusokon és a mérsékelt égövön egyaránt él. • Magasabb hőmérsékleten a mutáció gyakoribb, de ott hatékonyabban működnek a repair mechanizmusok • → az eredő mutációs ráta azonos mindkét helyen. 27 28 REPAIR (újrapárosító, javító, reparáló) mechanizmusok Genetikai szabályozás olyan enzimrendszerek, amelyek képesek a DNS hibáit kijavítani. Hibák (mutációk): - másolási hibák - környezeti hatások Egy enzimkomplex csak egy bizonyos hibát ismer fel és tud kijavítani. Minél fejlettebb egy faj, annál többféle repair enzimrendszere van. Már a prokariótáknál is megjelenik. A repair hatékonysága szabályozás alatt áll, állandó a mutációs ráta. (klíma – hőmérséklet) 29 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék • A genom (génállomány) „célja” a fennmaradás és elszaporodás. Ehhez két dolog kell: – Biztosítani kell a genom állandóságát, precízen kell másolni. – A leghatékonyabban kell elszaporodnia. • Ha a két cél konfliktusba kerül egymással, a második érvényesül, ez a fontosabb. Ha a szaporodás érdekében meg kell változnia a génállománynak, akkor változzon meg. • • természetes szelekció • Genom (gén) fehérje tulajdonság életképesség 30 5 Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai 1-2. előadás: A DNS felépítése és működése Operon szabályozás Operon szabályozás 2. Operon: közösen szabályozott gének csoportja. Általában egy anyagcsereúthoz tartozó enzimeket kódol (struktúrgének). Kiírásuk egy mRNS-re történik. A kiíró enzim a promóter szakaszhoz kötődik, onnan indul. Ha represszor kötődik az operátor szakaszhoz, a kiírás nem indul el. • A represszor fehérjének két kötőhelye van: • DNS kötő • effektor kötő E • Effektor molekula: kapcsolódásával átállítja a represszor DNS kapcsolódását: • képes ↔ nem képes kötődni 31 Operon szabályozás 3. 32 Operátor (gén)szakasz • Pozitív és negatív szabályozás lehetséges. • Pozitív (indukció, derepresszió): az effektor hatására a regulátor fehérje elveszti kötődését az operátor génhez, és megindul a struktúrgének kiírása. Példa: Escherichia coli lacoperonja: laktóz hatására megindul a laktóz haszno-sításához szükséges enzimek szintézise. • Negatív (feed back represszió, inhibíció): az effektor hatására a regulátor fehérje képes lesz az operátorra kötődni és ezáltal leállítja a struktúrgének kiírását. Leggyakoribb: végtermék gátlás: ha valamely metabolit elég nagy mennyiségben van jelen, akkor leállítja saját bioszintézisét (túltermelés megakadályozása). 33 • Hogyan találja meg a regulátor fehérje a megfelelő DNS szakaszt? • Jellegzetes DNS szakasz, például palindrom (tükörkép) szerkezetű. Komplementer, de ugyanakkor a két szálban 3′→ 5′ irányban is azonos. • Spirális hurkot alkot, és ezt a kitüremkedést könnyű megtalálni. 34 Mutációk az operonon • A különböző gének károsodása más-más hatású: • Regulátor génen: szabályozási hiba, vagy állandó a kiírás, vagy egyáltalán nem folyik. • Operátor génen: megszűnik a gátlás lehetősége, állandó a kiírás. • Promoter génen: nincs kiírás • Struktur génen: a szabályozás működik, egy termelt fehérje lesz hibás szerkezetű 35 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6 ...
View Full Document

This note was uploaded on 04/09/2012 for the course BIO 01 taught by Professor Miklospecs during the Spring '11 term at BME.

Ask a homework question - tutors are online