Genų raiškos reguliacija. II dalis

https://www.ck12.org/biology/eukaryotic-gene-regulation/lesson/Eukaryotic-Gene-Regulation-BIO/

Teigiama reguliacija. Laktozės operono (aptarto praeitame įraše) reguliacija taip pat priklauso nuo terpėje esančio gliukozės kiekio, kuris kontroliuoja viduląstelinius mažų molekulių ciklinių adenino monofosfato (cAMP) kiekius. cAMP yra iš ATP kilusi molekulė, kuri tarnauja kaip ląstelinis signalas. Fermentai, metabolizuojantys gliukozę, yra konstitutyvūs (sintetinami nuolatos) ir ląstelės geriausiai auga, kai terpėje yra gliukozės – geriausio anglies šaltinio (be abejo, yra ir išimčių, kai geriausiu anglies šaltiniu yra kita medžiaga). Kai aplinkoje nebėra gliukozės, ląstelėje kaupiasi cAMP. cAMP jungiasi prie alosterinio katabolinio aktyvatoriaus baltymo (CAP) saito. Tada CAP jungiasi prie lac promotoriaus, kuris, palengvindamas RNR polimerazės prisijungimą prie promotoriaus, inicijuoja transkripciją. Taigi, kad lac operonas būtų transkribuotas, aplinkoje turi būti laktozės ir nebūti gliukozės.

Ciklinis AMP yra pavyzdys, kaip cheminis signalas skatina ląstelės atsaką į aplinkos ar maistinių medžiagų stresą (aprašytas pavyzdys – gliukozės trūkumas). Tas pats mechanizmas, kuriame dalyvauja cAMP, ląstelėms leidžia augti naudojant kitus cukrus. Gliukozės sukelta alternatyvaus anglies šaltinio metabolizmo inhibicija vadinama kataboline represija (arba gliukozės efektu). Kai aplinkoje yra gliukozės, cAMP kiekis ląstelėje yra nedidelis, taigi CAP nėra prisijungęs prie tų operonų promotorių, kurie koduoja kitų, ne gliukozės, cukrų metabolizmo genus.

Epigenetinė kontrolė. Eukariotinės ir bakterinės ląstelės geba išjungti genus metilindami tam tikrus nukleotidus. Metilinimas – metilo grupės prijungimas. Metilinti (išjungti) genai yra perduodami palikuonių ląstelėms. Skirtingai nei mutacijos, nukleotidų metilinimas nėra negrįžtamas, o genai gali būti įjungti kitose kartose. Tai yra vadinama epigenetiniu paveldimumu (epigenetinis – „ant genų). Epigenetika gali paaiškinti, kodėl bakterijos elgiasi skirtingai bioplėvelėse ir kai jos būna laisvos.

Post-transkripcinė kontrolė

Kai kurie reguliaciniai mechanizmai baltymų sintezę stabdo po to, kai įvyksta transkripcija. Viengrandės apie 22 nukleotidų ilgio RNR molekulės, vadinamos mikroRNR (miRNR), inhibuoja baltymų gamybą eukariotinėse ląstelėse. Žmogaus atveju, vystymosi metu pagamintos miRNR įgalina skirtingas ląsteles gaminti skirtingus baltymus. Pavyzdžiui, širdies ląstelės ir odos ląstelės turi tuos pačius genus, bet kiekvieno organo ląstelės gamina skirtingus baltymus dėl vystymosi metu gamintų miRNR. Panašiai trumposios RNR molekulės bakterijose leidžia joms susidoroti su aplinkos keliamais stresais, pavyzdžiui, žema temperatūra ar oksidacijos sukelta žala. miRNR poruojasi su komplementariomis iRNR bazėmis ir taip susidaro dvigrandė RNR molekulė. Šią dvigrandę RNR suskaldo fermentai (ląstelės dvigrandę RNR atpažįsta kaip nenatūralią, svetimą, kurią reikia sunaikinti), taigi iRNR molekulėje užkoduotas baltymas nėra gaminamas.

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai:

• Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.221-223

Read More

Baltymų sintezė. Transliacija

http://www.proteinsynthesis.org/what-is-the-second-step-of-protein-synthesis/

Praeitame įraše sužinojome, kaip genetinė informacija, užkoduota DNR, transkripcijos metu yra perrašoma į iRNR. Šiame įraše susipažinsime kaip iRNR tarnauja informacijos šaltiniu baltymų sintezėje. Baltymų sintezė yra vadinama transliacija, nes šio proceso metu nukleorūgščių „kalba“ yra išverčiama į baltymų „kalbą“.

iRNR kalba yra kodonai, trijų nukleotidų grupė, pavyzdžiui, AUG, GGC ar AAA. iRNR kodonų seka nulemia aminorūgščių seką, kuria bus sintetinamas baltymas. Kiekvienas kodonas koduoja tam tikrą aminorūgštį. Tai yra genetinis kodas.

Kodonai parašyti pagal jų seką iRNR. Atkreipkite dėmesį, kad yra 64 kodonai, tačiau tik 20 aminorūgščių. Tai reiškia, kad dauguma aminorūgščių yra koduojamos kelių alternatyvių kodonų, tai yra, genetinis kodas yra perteklinis. Pavyzdžiui, leucinas turi šešis kodonus, o alaninas keturis. Vadinasi, jei atsiranda nedideli pokyčiai DNR grandinėje, arba mutacijos, dėl perteklinio genetinio kodo nėra paveikiama sintetinamo polipeptido grandinė.

Iš 64 kodonų, 61 koduoja aminorūgštis (sense codons), o likę trys yra STOP kodonai (nonsense codons). STOP kodonai – UAA, UAG ir UGA – signalizuoja baltymo molekulės sintezės pabaigą. START kodonas, kuris inicijuoja baltymo molekulės sintezę, yra AUG, kuris taip pat koduoja metioniną. Bakterijų atveju, AUG koduoja formilmetioniną, o ne metioniną, randamą kitose baltymo dalyse. Sintezės iniciacijos metioninas dažnai yra pašalinamas, taigi ne visi ląstelės baltymai prasideda metioninu.

iRNR kodonai yra konvertuojami į baltymą transliacijos metu. iRNR kodonai yra nuskaitomi nuosekliai. Kaip atsakas į kiekvieną kodoną, tinkama aminorūgštis yra įjungiama į augančią baltymo grandinę. Transliacijos sritis ribosomoje ir transportinės RNR (tRNR) molekulės atpažįsta specifinius kodonus ir atneša reikiamas aminorūgštis. 

Kiekviena tRNR turi antikodoną, trijų kodonui komplementarių aminorūgščių seką. Tokiu būdu, tRNR gali poruotis su atitinkamu kodonu. Kiekviena tRNR priešingame antikodonui gale neša aminorūgštį, pagal tai, kokį kodoną atpažįsta tRNR. Ribosomos funkcija yra nukreipti kodonui tinkamą tRNR ir galiausiai sujungti į grandinę atneštas aminorūgštis. 

Paveikslėlyje matote transliacijos eigą. Transliacijos aparatui susirinkti reikalingi: du ribosominiai vienetai, tRNR, turinti UAC antikodoną, ir iRNR molekulė, kuri bus transliuojama, bei keletas baltyminių faktorių. Taip START kodonas (AUG) nukreipiamas į tinkamą poziciją, leidžiančią prasidėti transliacijai. Kai ribosoma peptidine jungtimi sujungia pirmąsias dvi aminorūgštis, pirmoji tRNR molekulė palieka ribosomą. Tada ribosoma pasislenka iRNR molekule kito kodono kryptimi. Kai tinkamos aminorūgštys viena po kitos yra atnešamos į ribosomą, tarp jų sudaromos peptidinės jungtys ir taip susidaro polipeptidinė grandinė. Transliacija baigiasi tada, kai pasiekiamas vienas iš trijų STOP kodonų. Tada ribosoma išyra į du jos subvienetus, o iRNR ir naujai susintetintas baltymas yra atpalaiduojami. Ribosoma, iRNR ir tRNR gali būti panaudotos dar kartą.

Ribosoma iRNR molekule juda 5‘ → 3‘ kryptimi. Kai ribosoma juda iRNR, START kodonas vėl tampa matomas. Tada prie šios iRNR molekulės gali susirinkti dar viena ribosoma, kuri pradės sintetinti tą patį baltymą. Taigi, dažniausiai prie tos pačios iRNR yra prisijungusios daugiau nei viena, skirtingose sintezės stadijose esančios, ribosomos (polirobosoma). Prokariotinėse ląstelėse, iRNR transliacija iki baltymų gali prasidėti transkripcijai nepasibaigus (transkripcija ir transliacija gali vykti vienu metu). Kadangi iRNR yra gaminama citoplazmoje, iRNR START kodonas yra prieinamas ribosomai dar prieš susintetinus visą iRNR molekulę. 

Eukariotinėse ląstelėse transkripcija vyksta branduolyje. iRNR yra susintetinama iki galo ir per branduolio membraną pernešama į citoplazmą, prieš prasidedant transliacijai. Be to, RNR yra modifikuojama prieš išeinant iš branduolio. Eukariotinėse ląstelėse regionai, kurie koduoja genus, yra pertraukti nekoduojama DNR. Taigi, eukariotų genai yra sudaryti iš egzonų, ekspresuotų DNR regionų, ir intronų, tarpinių DNR regionų, kurie nekoduoja baltymų. RNR polimerazė branduolyje susintetina molekulę, vadinamą RNR transkriptu, kuriame yra ir intronai. Dalelės, vadinamos mažaisiais branduolio ribonukleobaltymais, sutrumpintai snRNP („snurps“), pašalina intronus ir sujungia egzonus. Kai kuriuose organizmuose, intronai yra ribozimai, kurie patys katalizuoja pasišalinimą.

Apibendrinus, genai yra biologinės informacijos vienetai, koduojami DNR nukleotidų seka. Genas yra ekspresuojamas, arba ląstelėje paverčiamas produktu, transkripcijos ir transliacijos procesų metu. Genetinė informacija, nešama DNR, transkripcijoje yra perrašoma į laikinas iRNR molekules. Tada, transliacijos metu, iRNR yra perskaitoma ir gaunama polipeptido grandinė: prie iRNR prisijungia ribosoma, tRNR pagal iRNR kodonų seką atneša aminorūgštis į ribosomą ir ribosoma sujungia aminorūgštis į grandinę, kuri yra naujai susintetintas baltymas. 

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai:

• Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.215-218

Read More

Baltymų sintezė. Transkripcija

http://dodgora.blogspot.lt/2011/12/steps-protein-synthesis-video.html

Kaip DNR informacija yra naudojama gaminant baltymus, kurie kontroliuoja ląstelės veiklą? Transkripcijos metu, DNR genetinė informacija yra nukopijuojama, arba transkribuojama, į komplementarią RNR molekulės bazių seką. Tada ląstelė naudoja RNR molekulėje užkoduotą informacija specifinių baltymų sintezei. Šis procesas vadinamas transliacija. Taigi, šiame ir kitame įrašuose detaliau apžvelgsime šiuos du procesus.

Transkripcija

Transkripcija yra komplementarios RNR grandinės sintezė, naudojant DNR kaip šabloną. Šiame įraše koncentruosimės į transkripciją, vykstančią prokariotinėje ląstelėje. Baltymų sintezėje yra svarbios trijų rūšių RNR molekulės. Ribosominė RNR (rRNR) formuoja ribosomas, ląstelių baltymų sintezės aparatą. Transportinė RNR (tRNR) į ribosomas atneša aminorūgštis. Informacinė RNR (iRNR) perneša koduotą informaciją apie baltymą nuo DNR į ribosomas, kur vyksta baltymų sintezė.

http://philschatz.com/biology-concepts-book/contents/m45476.html

Transkripcijos metu yra sintetinama iRNR grandinė, naudojant specifinę DNR dalį kaip šabloną. Kitais žodžiais, genetinė informacija, saugoma DNR azotinių bazių sekoje, yra perrašoma, kad ta pati informacija būtų ir iRNR azotinių bazių sekoje. Kaip ir DNR replikacijoje, G (guaninas) DNR molekulėje nurodo C (citoziną) iRNR molekulėje, C nurodo G, o T (timinas) nurodo A (adeniną). Tačiau A DNR molekulėje nurodo U (uracilą) RNR molekulėje, nes RNR molekulėje vietoje T yra U (uracilas ir timinas chemine sudėtimi kiek skiriasi, tačiau poruojasi tuo pačiu būdu). Jei, pavyzdžiui, DNR bazių seka yra 3‘-ATGCAT, tai naujai susintetintoje iRNR grandinėje bus komplementari bazių seka 5‘-UACGUA.
Transkripcijos procesui reikia tiek fermento RNR polimerazės, tiek RNR nukleotidų. Transkripcija prasideda, kai RNR polimerazė prisijungia prie DNR vietos, vadinamos promotoriumi. Tik viena iš dviejų DNR grandinių tarnauja tam tikro geno RNR sintezės šablonu. Kaip ir DNR, RNR yra sintetinama ta pačia 5‘→3‘ kryptimi. RNR sintezė tęsiasi tol, kol RNR polimerazė pasiekia DNR vietą, vadinamą terminatoriumi.

Transkripcija ląstelei leidžia pagaminti trumpalaikes genų kopijas, kurios tarnauja kaip tiesioginis informacijos šaltinis baltymų sintezei. Informacinė RNR yra tarpinis laidininkas tarp nuolatinės informacijos saugojimo formos, DNR, ir proceso, kuriame ši informacija yra panaudojama, transliacijos (apie kurią kitame įraše). 

http://www.dailymotion.com/video/x30478z

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai:

• Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.215

Read More

Mokslo naujienos: milijardo metų kova prieš virusus formavo ir mūsų evoliuciją

http://www.nature.com/news/a-billion-year-arms-race-against-viruses-shaped-our-evolution-1.22191

Karas tarp virusų ir jų šeimininkų tęsiasi daugiau nei milijardą metų. Šios kovos rezultatas – dramatiška virusų ir jų šeimininkų imuninio atsako kaita. Nors ir seniausios antivirusinės sistemos yra išnykusios, mokslininkams galbūt pavyko atstatyti vieną jų, kaip fosilija įsiterpusią žmogaus ląstelėse.

Drosha baltymas, kuris atsakingas už genų reguliaciją stuburiniuose, taip pat stabdo ir virusus. Mokslininkai siūlo, kad Drosha baltymas ir RNazių III (fermentų) šeima kovojo su virusais vienaląsčiuose gyvūnų ir augalų protėviuose. „RNazių pėdsakus galime matyti visų gyvybės karalysčių atstovų apsaugos sistemose“ – teigia Benjamin tenOever, Ichan School of Medicine virusologas ir pagrindinis straipsnio autorius.

Read More

Mokslo naujienos: atrastas naujas antibiotikas

https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/news/hires/2017/84-researchersd.jpg

Įvairių biotechnologijų įstaigų mokslininkai atrado naują antibiotiką, kuris yra efektyvus prieš antibiotikams atsparias bakterijas. Naujasis antibiotikas – pseudouridimicinas. Šį antibiotiką gamina mikrobai rasti dirvos mėginiuose, paimtuose Italijoje. Pseudouridimicinas žudo platų spektrą bakterijų, tarp kurių yra antibiotikams jautrūs ir atsparūs kamienai. Antibiotikas veikia tiek mėgintuvėliuose, tiek gydant bakterines infekcijas pelėse.

Pseudouridimicinas stabdo bakterijų RNR polimerazę (RNR pol), fermentą, kuris atlieka bakterinės RNR sintezę. Antibiotikas stabdo fermento veiklą prie jo prisijungdamas. Šiuo metu naudojamas antibiotikas rifampicinas taip pat stabdo RNR pol, tačiau prisijungimo vieta skiriasi. Kadangi skiriasi tiek prisijungimo vieta, tiek veikimo mechanizmas, bakterijos atsparios rifampicinui nėra atsparios pseudouridimicinui. Šie antibiotikai gali veikti kartu, papildydami vienas kitą, ir, svarbiausia, spontaniškas atsparumo pseudourimicinui atsiradimas yra dešimt kartų mažesnis, nei rifampicinui.  

Read More

Ribozimai

https://en.wikipedia.org/wiki/Ribozyme

Šį kartą trumpas įrašas apie dar vieną molekulių tipą, pasižymintį fermentiniu aktyvumu. Prieš skaitant šį įrašą, siūlyčiau prisiminti, kas yra RNR molekulė.

Iki 1982 metų buvo manyta, jog tik baltymų molekulės gali turėti fermentinį aktyvumą. Mokslininkai, tirdami mikroorganizmus, atrado unikalų RNR molekulės tipą, kurį pavadino ribozimais. Kaip ir baltyminiai fermentai, ribozimai atlieka katalizatoriaus funkciją, turi aktyvųjį centrą, kuriame prisitvirtina substrato molekulės, ir yra nesunaudojami cheminių reakcijų metu (t.y., ta pati molekulė gali atlikti begales reakcijų).

Read More

Ribonukleorūgštis

http://www.umichrna.org/

Ribonukleorūgštis (RNR), kaip ir DNR, priklauso nukleorūgštims. RNR nuo DNR skiriasi keliais aspektais:

• RNR yra viengrandė molekulė (DNR – dviguba spiralė).

• Deoksiribozę RNR molekulėje keičia ribozė, kuri turi vienu deguonies atomu daugiau, nei deoksiribozė.

https://www.mun.ca/biology/scarr/iGen3_02-07.html

• Skiriasi ir viena bazė. RNR molekulėje nesurasime timino. Vietoje jo yra uracilas. Kitos trys bazės (A, C, G) yra tos pačios.

http://evolution.about.com/od/Genetics/a/Dna-Vs-Rna.htm

Read More

Nukleorūgštys

http://education.seattlepi.com/chemistry-involved-nucleic-acid-polymer-sequencing-6707.html

1944 metais Amerikos mikrobiologai Oswald Avery, Colin MacLeod ir Maclyn McCarty atrado, kad genai yra sudaryti iš medžiagos, pavadintos deoksiribonukleorūgštimi (DNR). Po 9-erių metų, James Watson ir Francis Crick, dirbdami su molekuliniais modeliais ir Rentgenu gauta informacija, kurią pateikė Maurice Wilinks ir Rosalind Franklin, identifikavo DNR molekulės struktūrą (už tai Wilkins, Watson ir Crick tapo Nobelio premijos laureatais). Crick taip pat pasiūlė DNR replikacijos mechanizmą ir kaip ši molekulė dalyvauja genetinės informacijos paveldėjime.

http://www.scienceok.com/human-body/nucleic-acids-DNA-and-RNA-structure/

Read More

Mitochondrija

http://www.bbc.com/news/health-32434347

Dauguma eukariotinių ląstelių savo citoplazmose turi apvalios arba pupelės formos organeles – mitochondrijas. Mitochondrijų skaičius ląstelėje varijuoja priklausomai nuo ląstelės tipo. Pavyzdžiui, pirmuonis Giardia mitochondrijų neturi, o žmogaus kepenų ląstelės jų turi net 1000-2000.

http://www.biology-pages.info/C/CellularRespiration.html

Mitochondrijos turi dvigubą membraną. Išorinė mitochondrijų membrana lygi, tačiau vidinė yra įvairiai įlinkusi į mitochondrijos vidų ir tokios vidinės mitochondrijų membranų iškišos vadinamos kristomis. Mitochondrijos vidus užpildytas pusiau standžiu matriksu.

Read More

Organelės. Branduolys

https://www.stolaf.edu/people/giannini/cell/nuc.htm

Pagrindinis skirtumas tarp eukariotinių ir prokariotinių ląstelių yra tas, kad eukariotinės ląstelės turi organeles. Tai yra ląstelės dalys, turinčios specifinę formą ir funkcijas. Joms priskiriami branduolys, endoplazminis tinklas, Goldžio kompleksas, lizosoma, vakuolė, mitochondrija, chloroplastas, peroksisoma ir centrosoma (nors citologai (ląstelės biologijos žinovai) ginčijasi, ką tiksliai galima laikyti organele). Ne visos šios organelės yra randamos visose eukariotinėse ląstelėse. Kituose įrašuose iš eilės aptarsiu visas šias organeles, o šiandien pradėsiu nuo branduolio.

https://ajweinmann.wordpress.com/nucleus/

Branduolys yra ta ląstelės organelė, be kurios eukariotinė ląstelė nefunkcionuotų (bent taip yra manoma). Dažniausiai jis yra sferinės (apskritos) arba ovalios formų. Dažniausiai branduolys yra didžiausia ląstelės organelė ir savyje turi didžiąją dalį genetinės informacijos (DNR). Dalis DNR randama mitochondrijose ir chloroplastuose.

Read More

Ribosoma

http://introducingorganelles.weebly.com/ribosomes-and-lysosomes.html

Vėl grįžtame prie šios organelės, tačiau ne prokariotinės, o eukariotinės.

Eukariotinėje ląstelėje ribosomos randamos prisikabinusios prie šiurkščiojo endoplazminio tinklo, o taip pat ir citoplazmoje. Kaip ir prokariotinėje ląstelėje, ribosomos atsakingos už baltymų sintezę.

http://www.shutterstock.com/s/ribosome/search.html

Eukariotinių ląstelių ribosomos yra didesnės už prokariotinių. Eukariotinės ribosomos yra 80S ribosomos, sudarytos iš didžiojo 60S subvieneto, turinčio 3 rRNR molekules, bei mažojo 40S subvieneto, turinčio 1 rRNR molekulę. Raidė S žymi Svedbergo vienetą, kuris nurodo santykinį nusėdimo greitį centrifuguojant itin dideliu greičiu. Nusėdimo greitis priklauso nuo dalelės dydžio, svorio ir formos. Šie subvienetai atskirai gaminami branduolyje, o iš jo išėję, susijungia citoplazmoje. Chloroplastas ir mitochondrija turi 70S ribosomas (tokias, kokias turi prokariotai), leidžiančios manyti, jog šios organelės išsivystė iš prokariotų (apie šią evoliuciją – ateityje, „Įdomiosios biologijos“ skyrelyje).

Read More

Endospora

http://bio1151.nicerweb.com/Locked/media/ch27/endospore.html

Tai jau bus paskutinis įrašas, apibūdinantis prokariotams būdingas ląstelių dalis.

Kai kurios gram-teigiamos bakterijos, pavyzdžiui Clostridium ar Bacillus genčių, išeikvojus pagrindines maistines medžiagas, formuoja specializuotas „poilsio“ ląsteles, endosporas. Endosporos yra dehidratuotos ląstelės, turinčios storas sieneles ir papildomus sluoksnius. Jos formuojamos ląstelės viduje ir į aplinką paleidžiamos ląstelei suirus (numirus).

Nors endosporas formuoja tik gram-teigiamos bakterijos, viena gram-neigiamų bakterijų rūšis Coxiella burnetii formuoja panašias į endosporas struktūras, kurios pakelia karštį ir chemikalų poveikį.

https://en.wikipedia.org/wiki/Endospore

Šioje nuotraukoje matomos žalia spalva nudažytos endosporos

Read More