Oprava excize nukleotidů a polymorfismus jednoho nukleotidu

Obsah

• Oprava excize nukleotidů
• Jednonukleotidový polymorfismus
• Kolik nukleotidů tvoří kodon?
• Genetický kód
• Závěry
• Rozhovor Otázky a odpovědi týkající se tohoto článku

Oprava excize nukleotidů

Mechanismus excizní opravy je standardní metodou pro opravu chybně spárovaného nebo poškozeného fragmentu DNA. Proces opravy excize zahrnuje řezání, odstraňování a opětovnou syntézu neodpovídající nebo poškozené části DNA. Byly popsány tři odlišné mechanizmy opravy excize extrakce: oprava nesouladu, oprava základní excize a oprava nukleotidové excize. Všechny výše uvedené mechanismy se řídí jednoduchým formátem fází řezání, duplikování a ligace. Ve fázi řezání enzymový komplex eliminuje poškozený fragment DNA nebo neodpovídající bázi.

Ve fázi replikace nebo duplikace bude DNA polymeráza (obvykle DNA polymeráza I v případě E. coli) kopírovat templátovou DNA, aby vytlačila nesprávně spárovaný nebo poškozený fragment DNA. DNA polymeráza může zahájit syntézu DNA od 3 'konce při poškození nebo nesouladu fragmentu DNA. Nakonec, ve fázi ligace, pomáhá DNA ligáza při utěsnění zbývajícího poškození k dokončení procesu opravy za vzniku neporušené DNA.

V mechanismu opravy nukleotidové excize (NER) je nesprávně spárovaný nebo poškozený nukleotid odstraněn spolu se sousedními nukleotidy a nahrazen nukleotidy syntetizované pomocí nepoškozené DNA pramen jako šablona. Mechanismus NER eliminuje pyrimidinové dimery vzniklé po vystavení objemným chemickým aduktům nebo UV záření. Základní složkou poškození DNA fixovaného nukleotidovou excizí je, že poškozené nebo modifikované nukleotidy způsobují kritickou distorzi ve dvoušroubovicové struktuře DNA. NER se vyskytuje prakticky ve všech formách života.

Enzymy katalyzující NER v E. coli jsou UvrD helikáza a UvrABC excinuclease. Geny kódující enzymy NER byly původně považovány za mutanty, které jsou hluboce citlivé na poškození vyvolané expozicí UV záření. U divokého typu E. coli však pouze prodloužené vystavení UV záření zabíjelo buňky.

Mutantní kmeny lze rozpoznat jako podstatně citlivější vůči UV záření; jsou poškozeny funkčními schopnostmi požadovanými pro odolnost proti UV záření (UV). Shromážděním enormního počtu mutantů a testováním jejich schopnosti obnovit ochranu nebo odolnost proti UV záření v různých kombinacích. Ve studii byly identifikovány čtyři komplementační skupiny, které kódují proteiny, které hrají významnou roli v mechanismu NER; těmito proteiny jsou uvrA, uvrB, uvrC a uvrD.

Geny uvr kódující enzymy byly důkladně studovány. Geny uvrA, uvrB a uvrC kódují podjednotky UvrABC excinuclease, což je multisubunitový enzym. Komplex UvrABC identifikuje strukturální změny v DNA vyvolané poškozením, jako je tvorba pyrimidinových dimerů. Poté snižuje poškození na obou stranách.

V tomto okamžiku UvrD (také známý jako helikáza II), který je produkován v důsledku exprese genu uvrD, způsobuje uvolnění DNA a pomáhá při uvolňování poškozeného fragmentu. V souladu s tím jsou pro tento systém proteiny UvrABC a UvrD zapojeny do štěpení a excize poškozené DNA. mezera vytvořená řezáním je vyplněna působením DNA polymerázy a nově vytvořený segment je utěsněn aktivitou DNA ligázy.

Protein UvrABC strukturuje komplex, který identifikuje poškození a řeže poškozenou DNA z obou stran (endonukleolytické řezy). Aktivita helikázy uvrD pomáhá odstranit vyříznutý fragment poškozené DNA. nepoškozený fragment DNA řídí syntézu mezery pomocí DNA polymerázy a vytváří duplexní DNA. Nově vytvořený fragment DNA již není poškozen.

Podrobnějším způsobem identifikuje UvrA2 (dimer) a UvrB poškozený fragment po vytvoření komplexu (UvrA) 2 UvrB. UvrA2 později disociuje po využití ATP. UvrA působí jako ATPáza pro hydrolýzu ATP. Po disociaci UvrA tvoří UvrB komplex s UvrC v místě poškození. Nyní tento komplex UvrBC působí jako aktivní nukleáza.

Řezá DNA z obou stran poškození s využitím ATP. Páteř cukr-fosfát (fosfodiester) se štěpí v poloze osm nukleotidů od 5 'strany poškozené DNA a 4 až 5 nukleotidů od 3' strany poškozené DNA. Nakonec se štěpený fragment odstraní působením helikázy UvrD. Odvíjí DNA a vytahuje štěpený fragment. Poškozený fragment DNA se později oddělil od komplexu UvrBC. Všechny výše uvedené tři kroky vyžadují hydrolýzu ATP.

Systém NER je stejně jako mnoho jiných organismů v buňkách savců vysoce dynamický. Typická DNA kožních buněk prezentovaná dennímu světlu by každý den hromadila tisíce dimerů, pokud by je tento udržovací cyklus nevyloučil! Jedno lidské genetické onemocnění, známé jako xeroderma pigmentosum (XP), je kožní abnormalita způsobená vadnými enzymy, které ničí poškození DNA způsobené UV zářením.

Fibroblasty pacientů s XP jsou extrémně citlivé na UV záření, pokud je jim umožněno růst v kultivačním médiu, jak ukazují UVR mutanti E. coli. Tyto buněčné linie XP mohou být pěstovány v kultivačním médiu pro hodnocení schopnosti obnovit odolnost proti poškození UV zářením.

NER působí dvěma způsoby u většiny savců, kvasinek a bakterií.

- opravný systém, který působí na celý genom.

- druhý opravný systém vykazuje aktivitu spojenou s přepisem.

Gen XP tvoří komplex s proteinem hHR23B, který vnímá poškození DNA.

V nukleotidové excizní opravě spojené s transkripcí vykazuje RNA polymeráza menší aktivitu v místě poškození na templátovém řetězci; možná se jedná o činnost rozpoznávání poškození pro tuto metodu NER. Jeden z bazálních transkripčních faktorů doprovázejících RNA polymerázu II hraje zásadní roli v obou druzích NER. Neobvyklý genetický problém u lidí známý jako Cockayneův syndrom (CS) souvisí také s defektem faktoru spojeného s transkripcí.

Byly uznány dva komplementární svazky, CSA a CSB. Stanovení aktivity enzymu a přírodních enzymů jimi kódovaných poskytne další znalosti o procesu opravy transkribované DNA. Fenotyp pacientů s CS je pleiotropní, vyjadřuje předčasné stárnutí, závažné vývojové a neurologické poruchy a citlivost na světlo. Tyto příznaky jsou závažnější než příznaky jedinců XP s nezjistitelným mechanismem NER. To naznačuje, že proteiny CS (transkripčně vázaný opravný mechanismus) mají některé další funkce jiné než nukleotidová excizní oprava.

Několik dalších genetických onemocnění je výsledkem mechanismu opravy nedostatečnosti DNA. Například Fanconiho anémie a Bloomův syndrom. To jsou v současné době potenciální oblasti výzkumu. Vhodným zdrojem aktuálních informací o genetických chorobách je portál OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man).

Ataxia telangiectasia (AT) ukazuje dopad strukturálních změn v proteinu spojených s procesem opravy a proteinů zapojených do procesu signalizace pro správnou opravu poškozené DNA. AT je charakterizován ataxií (nerovnoměrnou chůzí), telangiektázií (dilatace krevních cév očí a obličeje), předčasným stárnutím, imunitní nedostatečností, mentální retardací, cerebelární degenerací a náchylnějším k malignitám subjektu.

Tento fenotyp se více zajímá o své místo. Protože heterozygoti, kteří tvoří přibližně 1% populace, jsou také náchylnější k mutaci genu ATM, nazývané „ATM“.

Zdá se, že gen ATM nekóduje protein přímo v opravě DNA (na rozdíl od genů, které po mutaci způsobují XP). AT se vyvíjí po defektu v buněčné signální dráze kvůli podobnostem + defektovaného proteinu s jiným proteinem. Produkt genu ATM se může také podílet na progresi buněčného cyklu a regulaci délky telomerické DNA.

C-koncová doména ATM proteinů vykazuje homologii s proteinovou kinázou Ser / Thr (fosfatidylinositol-3-kináza); je tedy zapojen do signálních drah. Proteiny ATM také vykazují homologii s protein-kinázou závislou na DNA, která k prokázání své kinázové aktivity vyžaduje mezery ve fragmentu DNA. Tato zjištění naznačují zapojení proteinů ATM do mechanismu opravy excize nukleotidů.

Polymorfismus jednoho nukleotidu

Jednonukleotidový polymorfismus (SNP nebo často označovaný jako „snip“) je velmi častá genetická variace nalezená v lidské DNA. SNP představuje variaci v jednom nukleotidu DNA v určitém bodě. Řekněme například, že cytosin (C) nahradil tymin (T) v polynukleotidovém řetězci DNA.  

Frekvence výskytu SNP je jeden z 1000 nukleosidů, což naznačuje, že přibližně 4 miliony SNP jsou přítomny v genomu každého člověka. Po pečlivém prozkoumání genomu 100 milionů jedinců dospěli vědci k závěru, že SNP jsou přítomny v DNA, o které se zjistilo, že existuje mezi geny (obvykle introny). 

SNP jsou považovány za biomarkery různých nemocí, které pomáhají vědcům studovat geny spojené s konkrétním onemocněním. Někdy se SNP odehrává v oblasti exonu nebo regulační oblasti genu, což má přímý dopad na fungování genu. Proto tento SNP přímo zasahuje do příčiny nemoci.

Obecně SNP neovlivňují zdraví jedince, kromě několika SNP nalezených v oblasti exonu genu, o nichž je známo, že ovlivňují funkci genu. Analýza SNP je důležitým parametrem pro studium lidského zdraví. Analýza SNP poskytuje prostor pro predikci genetické dispozice rozvoje onemocnění.

Analýza SNP je velmi užitečná při předpovídání rizika onemocnění, náchylnosti k toxinům a několika dalším faktorům prostředí, farmakologické odpovědi jednotlivce, sledování genů spojených s dědičností konkrétní nemoci v rodině. Vědci se snaží vyvinout postup pro identifikaci SNP spojených s chronickými chorobami, jako je rakovina, srdeční choroby, cukrovka atd. V případě SNP spojeného se znakem lze prozkoumat sousední DNA úseky a určit geny odpovědné za tento znak. 

Aplikace SNP

Analýza SNP se používá k určení genotypizace, změny počtu kopií v genové expresi, analýzy v celém genomu, mutace rakoviny a detekce dalších nemocí. Technologie SNP microarray může být použita k detekci změn dávkování a polymorfismu v DNA jednotlivce. Analýza mikročipů SNP je schopna detekovat malé změny v počtu kopií genové exprese. 

SNP mikročip používaný pro genotypizaci může detekovat změny v methylačním vzoru DNA rakovinných buněk, změny v genomu a ztrátu heterozygotnosti. 

Mikročipy SNP se také používají k predikci onemocnění, identifikaci tumor supresorových genů a onkogenů v rakovinných buňkách. Proto mají SNP dobrý rozsah při výběru farmakologicky aktivní molekuly, prognózy onemocnění, hodnocení rizika malignity atd.

Kolik nukleotidů tvoří kodon?

Konsekutivní sekvence tří nukleotidů v polynukleotidovém řetězci DNA nebo RNA tvoří kodon. Kodon je specifický pro aminokyselinu, která má být začleněna, a někdy kodon zastaví proces translace. Takové kodony jsou známé jako stop kodony. DNA a RNA jsou složeny čtyřpísmenným jazykem nukleotidů; řeč bílkovin však obsahuje 20 aminokyselin. Kodony dávají klíč, který umožňuje převod těchto dvou jazyků do jednoho.

Každý kodon specifikuje aminokyselinu (kromě tří kodonů, které zastaví proces translace). Celá sada kodonů je známá jako genetický kód. Třípísmenný kód obsahuje 64 potenciálních kombinací třípísmenného nukleotidu ze čtyřjaderného jazyka DNA.

Z 64 kodonů 61 kóduje specifické aminokyseliny, zatímco zbývající tři stop kodony. Například kodon AUG kóduje aminokyselinu methionin a UAA je stop kodon. Genetický kód je zobrazen jako zdegenerovaný, protože jedna aminokyselina je kódována několika kodony. Genetický kód se nepřekrývá, což znamená, že kodony jsou čteny v pokračování bez opakování nebo přeskakování nukleotidů.

Genetický kód

Genetický kód je řada pravidel charakterizujících, jak se čtyřpísmenný kód DNA překládá do 20 standardních aminokyselin, což pomáhá syntetizovat bílkoviny našeho těla. Genetický kód je skupina tří nukleotidů známých jako kodony, z nichž každý se týká konkrétní aminokyseliny nebo stop kodonu.

Koncept kodonů byl původně popsán Francisem Crickem a jeho spolupracovníky v roce 1961. Během téhož roku provedli Marshall Nirenberg a Heinrich Matthaei experimenty vysvětlující genetický kód. Dokázali, že sekvence RNA UUU výslovně kódovala fenylalanin (jedna z 20 standardních aminokyselin našeho těla). Po tomto zjištění Nirenberg, Philip a Har Gobind Khorana poznali zbývající genetický kód a zcela zobrazili každý třípísmenový kodon a příbuzné aminokyseliny.

Existuje 64 potenciálních kombinací třípísmenných nukleotidových kódů, které lze vyrobit pomocí čtyř nukleotidů. Z 64 kodonů odpovídá 61 standardním aminokyselinám a zbývající tři jsou stop signály / stop kodony. I když je každý kodon fixován pouze na jednu aminokyselinu (nebo stop signál), genetický kód je zobrazen jako nadbytečný, protože aminokyseliny může kódovat více kodonů.

Kromě toho je genetický kód téměř univerzální, až na několik vzácných výjimek. Například mitochondrie mají některé odlišné genetické kódy ve srovnání s buněčným genetickým kódem.

Závěry

V tomto článku jsme diskutovali o SNP a mechanismu opravy excize nukleotidů. Vědět více o nukleotidech Klikněte zde

Rozhovor Otázky a odpovědi týkající se tohoto článku

Q1. Jaký je hlavní rozdíl mezi genovou a nukleotidovou sekvencí?

Odpověď: Gén je funkční jednotka (schopná exprimovat protein) DNA, zatímco nukleotid je strukturální jednotka (schopná během syntézy vytvářet stavební blok) DNA.

Q2. Jaký je rozdíl mezi polymorfismem jednoho nukleotidu SNP a mutací? Co znamená polymorfismus?

Odpověď: SNP představuje variaci v jednom nukleotidu DNA v určitém bodě. Řekněme například, že cytosin (C) nahradil tymin (T) v polynukleotidovém řetězci DNA.

 Mutace se označuje jako jakákoli změna v sekvenci DNA. Rozdíl může být v jediné nukleotidové sekvenci nebo možná ve více nukleotidové sekvenci.

Polymorfismus je vlastnost DNA (nebo čehokoli jiného), která má více než jednu nebo více forem.

Q3. Může mít jeden nukleotid deoxyribózu i ribózu? 

Odpověď: Jeden nukleotid může mít pouze jeden druh cukru. Může to být ribózový cukr nebo deoxyribózový cukr.

Q4. Kolik nukleotidů je přítomno v DNA bakteriofága?

Odpověď: DNA bakteriofága obsahuje několik tisíc nukleotidů. Například bakteriofág φx174 obsahuje 5375 nukleotidů.

Q5. Produkuje se bílkovina, která obsahuje sedm aminokyselin. Jaká bude délka mRNA

Odpověď: Kodon o 3 nukleotidech kóduje jednu aminokyselinu. 

Podobně bude sedm aminokyselin kódováno 7 x 3 = 21 nukleotidů. 

Ale mRNA obsahuje a stop kodon (3 nukleotidy), aby se zastavil proces translace.

Tedy mRNA kódující 7 sedmi aminokyselin bude obsahovat 21 + 3 = 24 nukleotidů.

Q6. Kolik molekul vody je odstraněno během tvorby nukleotidu?

Odpověď: Během tvorby nukleotidu budou odstraněny dvě molekuly vody.

Jedna molekula vody se odstraní, když se dusíkatá báze váže na ribózový cukr, a druhá molekula vody se uvolní, když se ribózový cukr váže na fosfátovou skupinu.

Q7. Je adenin nukleotid nebo dusíkatá báze

Odpověď: Adenin je dusíkatá báze, zatímco nukleotid (adenosinmonofosfát) obsahuje fosfátovou skupinu, ribózový cukr a dusíkatou bázi (adenin).

Q8. Pokud je DNA vyrobena ze 6 nukleotidů místo ze 4, jaký je celkový možný počet tripletových kodonů?

Odpověď: Počet kombinací tripletových kodonů = (typy nukleotidů) 3

Pokud DNA obsahuje šest druhů nukleotidů, bude celkový počet kombinací trojitých kodonů (6)³ = 216

Q9. Jak jsou identifikovány jednonukleotidové polymorfismy?

Odpověď: DNA čipy mohou snadno identifikovat SNP.

Q10. Jak virus exprimuje více proteinů ze stejné nukleotidové sekvence?

Odpověď: Viry to dělají dvěma mechanismy:

- Alternativní sestřih

- Gen se překrývá

Q11. Proč je aminokyselinová sekvence mnohem kratší než sekvence nukleotidů?

Odpověď: Aminokyselinová sekvence je obvykle kratší než nukleotidová sekvence, kterou mRNA vytvořená po transkripci podrobí sestřihu a nekódující oblasti (introny) jsou odstraněny a zralá mRNA obsahuje pouze kódující oblasti (exony)

Q12 Pojmenujte nukleotid třemi fosfátovými skupinami.

Odpověď: Nukleotid se třemi fosfátovými skupinami je známý jako nukleotid trifosfát. Například ATP (adenosintrifosfát), GTP (guanosin trifosfát) atd.

Také čtení:

• Proces Calvinova cyklu
• Funkce mitochondrií živočišných buněk
• Příklad trávicího enzymu
• Má řasa jádro
• Mitóza vs meióza
• Mají rostlinné buňky buněčnou stěnu
• Mají mitochondrie ribozomy
• Lysozomy v cytoplazmě
• Příklad rostliny mechorostu
• Ni3 Lewisova struktura

Dr. Abdullah Arsalan

Jsem Abdullah Arsalan, dokončil jsem doktorát z biotechnologie. Mám 7 let zkušeností s výzkumem. Dosud jsem publikoval 6 článků v časopisech mezinárodní pověsti s průměrným impakt faktorem 4.5 a několik dalších je v úvahu. Prezentoval jsem výzkumné práce na různých národních a mezinárodních konferencích. Mým předmětem zájmu je biotechnologie a biochemie se zvláštním důrazem na proteinovou chemii, enzymologii, imunologii, biofyzikální techniky a molekulární biologii.