Fall 4: DNA och genomet

En 30-årig kvinna med hereditet för sjukdomen Ataxia telangiectasia.

Centralt innehåll

  • Redogör för kromatinets uppbyggnad
  • Redogör för DNA-replikation och rekombination
  • Hur uppstår mutationer och vilka olika typer finns?
  • Hur åtgärdar cellen skador och mutationer på DNA?

Relevant material

Osmosis

Youtube

🔑 Nyckelkoncept

Redan fjärde fallet. Woosh. Denna veckan är inte allt för invecklad, även om den innehåller en del gafflande (höhö). Det viktiga är att ni förstår grunderna för hur DNA är uppbyggt, vad som möjliggör den väldigt effektiva och komprimerade packningen av DNA samt hur DNA kan skadas och hur dessa skador repareras.

Om du har funderingar eller frågor kring någonting på sidan är du alltid välkommen att lämna en kommentar!

Av vilka enheter är DNA respektive kromatin uppbyggda av samt vilka bindningskonfigurationer finns där?

Kromatin är uppbygt av nukleinsyror (ATGC – DNA alltså) samt proteiner.

DNA består av fyra olika nukleinsyror: Adenin-Thymin samt Guanin-Cytosin.

  • Puriner = två kväveringar i dess struktur.
    • Guanin och Adenin är puriner.
  • Pyrimidiner = en kvävering.
    • Cytosin, Uracil och Thymine är pyrimidiner.

Minnesregel: CUT PYe (skär i paj) = Cytosin Uracil Thymin är PYrimidiner. Övriga (A & G) är puriner.

Adenin binder till Thymin med 2 st vätebindningar medan Guanin binder till Cytosin med 3 st vätebindingar.

Minnesregel: Man gör AT i 2 år.

Mellan sockermolekylen och kvävebasen i en nukleotid finns en glykosylbindning. Det är därför enzymet som klipper mellan ryggrad i DNA och kvävebas vid en skada orsakad av kemikalier heter Glykosylas.

Vilken egenskap hos histoner leder till att de väldigt effektivt kan linda in och packa DNA?

Histonprotein består av många positivt laddade aminosyror vilket gör att det negativt laddade DNA:t attraheras.

I vilken riktning kan man bygga en nukleotidkedja? Bonus: hur ser komplementärkedjan av '5-ATGGTGCAC-3' ut?

Man kan endast syntetisera en nukleotidkedja i en riktning: i 3′-änden (i 5′ till 3′ riktningen).

Bonus: 3′-TACCACGTG-5′.

Hur går DNA-replikation till samt vad har topoisomeras, helikas och SSBP för molekylära mekanismer?
  1. Initiering: DNA-kedjan säras vid origin (pre-replication complex) och SSBP (single-stranded binding proteins) binder in samt helikas och topoisomeras.
    • SSBP – hindrar vätebindningarna mellan de komplementära kvävebaserna att återupprätta sig vilket ger en stabil ensträngad kedja.
    • Helikas – bryter vätebindningar mellan komplementära kvävebaser vilket särar på DNA:s dubbelsträngade kedja.
    • Topoisomeras – lättar på ”knutar” som kan uppstå då man separerar DNA:s dubbelsträngade kedja genom att interagera med fosfatgrupper.
  2. Elongering: DNA-polymeras syntetiserar en ny komplimentär kedja med hjälp av RNA-primers.
    • Leading strand (3′)
      • DNA-polymeras kräver endast en primer och sedan går den kontinuerligt mot helikaset.
    • Lagging strand (5′)
      • Krävs ständigt nya primers. DNA-polymeras arbetar effektivt genom att det nysyntetiserade fragmentet (okazaki) organiserar sig i ”loops”, vilket sparar energi. Krävs ligas för att foga ihop fragmenten och primerarna.
  3. Terminering: Polymeras kommer till TTAGGG (telomer) och hoppar av. Lite DNA blir inte elongerat vilket resulterar i kortare telomer för varje replikation.
Vad för skada kan uppkomma i DNA som följd av 1) punktmutation, 2) kemikalier, 3) UV-ljus samt 4) röntgenstrålning och hur repareras dessa skador?
  1. Mismatch/SNP innebär fel komplementär bas.
    • ”Proofreading” = DNA polymeras ”ser sig över axeln” och agerar som exonukleas och syntetiserar sedan rätt bas.
    • MSH-proteiner tillkallar ^endo- + exonukleas -> klipper bort felaktig nukleotid/kvävebas -> polymeriserar nytt -> ligas fogar ihop = mekanism 1 (M1, återkommande).
  2. Kemikalier kan orsaka deaminering av kvävebaser vilket resulterar i att komplementära kvävebaser inte kan binda in.
    1. Glykosylas klipper bort den deaminerade basen (klipper glykosylbindningen) vilket lämnar ett hålrum kallat ”AP-site”
    2. AP-endonukleas 
    3. exonukleas
    4. polymeriserar nytt
    5. ligas fogar ihop .
  3. UV-ljus kan ge upphov till pyrimidin-dimerer vilket deformerar DNA:s helix.
    1. endonukleas (klipper bort 12-24 baser)
    2. exonukleas
    3. polymeriserar nytt
    4. ligas fogar ihop.
  4. Joniserande strålning orsakar DSBs (double-stranded breaks) eller också ge single-stranded breaks, men DSBs återkommer som viktigt senare i kursen (mest värd att lägga på minnet).
    • För DSBs: NHEJ (icke-homolog) och homolog rekombination.
      • NHEJ
        1. DNA-proteinkinas binder trasiga ändar
        2. Artemis klipper utsickande ändar (gör de ”släta”) 
        3. ligas fogar ihop (deletion kan framkomma!).
      • Homolog (bara då det finns en identisk systerkromatid!)
        1. MRN + exonukleas tar bort utstickande ändar + lite extra på ena sidan
        2. homolog DNA-sekvens i systerkromatid
        3. DNA polymeras kopierar
        4. sätter på ena söndriga strängen + nysyntetiserar resten
        5. ligas.
Varför är en skada orsakad av röntgenstrålning mer skadlig för en cell som inte är i replikationsfas (har dubbla uppsättningar DNA)?

Finns det ingen identisk systerkromatid som kan användas för homolog rekombination kommer cellen vara tvungen att använda sig av NHEJ (non-homologous end joining).

NHEJ medför att genetiskt material kan deleteras vilket i sin tur kan ge ”frame-shift” (förskjuten läsram med 1 eller 2 baser) vilket kan resultera i ett väldigt defekt protein.


2 Replies to “Fall 4: DNA och genomet”

  1. Oliwer

    Hej!

    Ser att det inte är några kapitel ur varken Essentials eller the Cell för denna PBL-vecka, men har sett i böckerna att det finns flera kapitel som behandlar DNA och RNA. Är det något ni glömt lägga till?

    • Elliot

      Hej:) Ja, vissa fall har vi bara inte tänkt på att lägga in relevanta kapitel från kurslitteraturen. Men har du dem så kan vi lägga till det!

Lämna ett svar till Elliot Avbryt svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.