Kapitelresumé |
6.1 Struktur og funktion af det genetiske materiale
- Genetik, er studiet af hvad gener er, hvordan de bærer information, hvordan deres oplysninger udtrykkes og hvordan de replikeres og overføres til efterfølgende generationer eller andre organismer.
- DNA i celler eksisterer som en dobbeltstrenget helix (spiral); de to strenge holdes sammen af hydrogenbindinger mellem specifikke nitrogenholdige basepar; AT og GC.
- Et gen, er et segment af DNA, en sekvens af nukleotider der koder for et funktionelt produkt, sædvanligvis et protein.
- DNA i en celle, duplikeres inden cellen deles, så hvert afkom modtager samme genetiske information.
6.1.1 Genotyper og fænotyper
- Genotype, er den genetiske sammensætning af en organisme, dens samlede DNA.
- Fænotype er udtryk for generne: proteinerne i cellen og de egenskaber de tillægger organismen.
6.1.2 DNA og kromosomer
- DNA i et kromosom, eksisterer som en lang dobbelt helix forbundet med forskellige proteiner, der regulerer genetisk aktivitet.
- Genomik, er den molekylære karakterisering af genomer.
6.1.3 Strømmen af genetisk information
- Efter celledeling, modtager hver nye celle et kromosom, der er næsten identisk med modercellen.
- Oplysningerne i DNA transskriberes til RNA og translateres til proteiner.
6.1.4 DNA replikering
- Under DNA replikering, er de to strenge af den dobbelte helix, adskilt ved replikeringsgaflen og hver streng anvendes som en skabelon af DNA polymeraser, til at syntetisere to nye DNA strenge i henhold til reglerne for den komplementære baseparring.
- Resultatet af DNA replikering er to nye DNA strenge, hver med en basesekvens der er komplementær til en af de oprindelige strenge.
- Fordi hvert dobbeltstrenget DNA molekyle, indeholder en original og en ny streng, kaldes replikeringsprocessen for semikonservativ.
- DNA syntetiseres i en retning betegnet som 5’ → 3’. På replikeringsgaflen, syntetiseres den førende streng kontinuerligt og den forsinkede streng diskontinuerligt.
- DNA polymerase, korrekturlæser de nye molekyler af DNA og fjerne fejlparrede baser, før DNA syntesen fortsættes.
6.1.5 RNA og proteinsyntese
- Under transskription, syntetiserer enzymet RNA polymerase, en streng af RNA fra en streng af dobbeltstrenget DNA, som tjener som en skabelon.
- RNA syntetiseret fra nukleotider, indeholder baserne A, C, G og U, der parres med baserne i DNA strengen der transskriberes.
- RNA polymerase binder promoteren; transskription begynder ved AUG; den region af DNA, der er endepunktet for transskriptionen er terminatoren; RNA syntetiseres i 5’ → 3’ retningen.
- Translation, er den proces hvor informationen i nukleotidbasesekvensen, anvendes af mRNA til at diktere aminosyresekvensen af et protein.
- mRNA associerer sig med ribosomer, der består af rRNA og protein.
- Tre basesekvenser fra mRNA der angiver en aminosyre kaldes for codoner.
- Den genetiske kode, refererer til forholdet mellem nukleotidbasesekvensen af DNA, de tilsvarende codoner fra mRNA og aminosyrerne som codonerne koder for.
- Særlige aminosyrer er bundet til molekyler af tRNA. En anden del af tRNA har en basetriplet der kaldes anticordonet.
- Baseparring af codon og anticodon på ribosomet, resulterer i specifikke aminosyrer bringes til stede til proteinsyntese.
- Ribosomet, bevæger sig langs mRNA strengen og aminosyrer bringes sammen, så de danner et voksende polypeptid; mRNA læses i 5’ → 3’ retningen.
- Translation slutter, når ribosomet når et stopcodon på mRNA’et.
6.2 Regulering af bakteriel genekspression
- Regulering af proteinsyntesen på genniveau, er energieffektiv, fordi proteiner kun syntetiseres, når der er brug for dem.
- Konstitutive gener, udtrykkes med en fast hastighed. Et eksempel er generne for enzymerne i glycolysen.
6.2.1 Pre-transkriptionel kontrol
- Når cellen udsættes for et bestemt slutprodukt, bliver syntesen af enzymer til dette produkt undertrykt.
- I nærværelse af visse kemikalier (induktorer), syntetiserer cellen flere enzymer. Denne proces kaldes induktion.
- I bakterier, reguleres koordinerede strukturelle gener, med beslægtede metaboliske funktioner. Promotorer og operatorsteder, der styrer deres transskription, kaldes en operon.
- I operonmodellen for et inducerbart system, koder et regulerende gen for repressorproteinet.
- Når induktoren er fraværende, bindes repressoren til operatoren og mRNA syntetiseres ikke.
- Når en inducer er til stede, bindes den til repressoren, så den ikke kan binde sig til operatoren; mRNA fremstilles og enzymsyntesen induceres.
- I represserbare systemer, kræver repressoren et co-repressorkompleks, for at kunne bindes til operatorstedet; det er således co-repressorkomplekset, der styrer enzymsyntesen.
- Transskription af strukturelle gener for kataboliske enzymer (for eksempel β-galactosidase), induceres ved fravær af glucose. Cyklisk AMP og CRP, skal binde sig til en promotor i nærvær af et alternativ kulhydrat.
- Methylerede nukleotider, bliver ikke transskriberet i epigenetisk styring.
6.2.2 Post-transkriptionel kontrol
- MikroRNA kombinerer sig med mRNA; den resulterende dobbeltstrengede RNA ødelægges.
6.3 Ændringer i det genetisk materiale
- Mutationer og horisontal genoverførsel, kan ændre en bakteries genotype.
6.3.1 Mutation
- En mutation, er en ændring i den nitrogenholdige basesekvens af DNA; denne ændring forårsager en ændring i produktet, det muterede gen koder for.
- Mange mutationer er neutrale, nogle er ufordelagtige og andre er gavnlige.
6.3.2 Typer af mutationer
- En basesubstitution opstår, når et basepar i DNA bliver erstattet af et andet basepar.
- Ændringer i DNA kan resultere i fejllæsningsmutationer (der forårsager aminosyresubstitutioner) eller nonsens mutationer (der skaber stopcodoner).
- I rammeskiftmutationer, slettes eller tilføjes en eller nogle få basepar fra DNA.
- Spontane mutationer, forekommer uden tilstedeværelsen af noget mutagen.
6.3.3 Mutagener
- Mutagener, er agenser i miljøet der forårsager permanente ændringer i DNA.
- Kemiske mutagener omfatter baseparringsmutagener, nukleosidanaloger og læserammeskiftmutagener.
- Ioniserende stråling, forårsager dannelsen af ioner og frie radikaler, der reagerer med DNA; basesubstitutioner eller brud på kulhydrat-phosphat rygraden i DNA er resultatet.
- Ultraviolet (UV) stråling er ikke-ioniserende; det forårsager bindinger mellem tilstødende thyminer.
6.3.4 Hyppigheden af mutationer
- Mutationshyppigheden, er sandsynligheden for at et gen muterer når en celle deler sig; hyppigheden er udtrykt som 10 opløftet i et negativt tal.
- Mutationer opstår normalt tilfældigt langs et kromosom.
- En lav hyppighed af spontane mutationer, er gavnlig i forhold til at yde den genetiske diversitet, der er nødvendig for evolutionen.
6.3.5 Identifikation af mutanter
- Mutanter kan detekteres, ved at vælge eller teste for en ændret fænotype.
- Positiv udvælgelse, involverer udvælgelsen af en mutantcelle og afvisningen af ikke muterede celler.
- Pladereplikering anvendes til negativ udvælgelse – til påvisning af for eksempel autotrofer der har fået ernæringsmæssige krav/egenskaber, som forældrecellerne (ikke-muteret celle) ikke besad.
6.3.6 Identifikation af kemiske carcinogener
- Ames-testen er en relativt billig og hurtig test, til at klarlægge eventuelle kemiske carcinogener.
- Testen antager, at en muteret celle, kan vende tilbage til en normal celle i nærvær af et mutagen og at mange mutagener er kræftfremkaldende (carcinogener).
6.4 Genetisk overførsel og rekombinering
- Genetisk rekombinering, omdannelsen af gener fra separate grupper af gener, indebærer normalt DNA fra forskellige organismer; dette bidrager til den genetiske diversitet.
- Ved overkrydsning, bliver gener fra to kromosomer rekombineret til et kromosom, der indeholder nogle gener fra hvert oprindelige kromosom.
- Lodret genoverførsel, sker under reproduktion, når generne går fra en organisme til dens dattercelle.
- Horisontal genoverførsel hos bakterier, involverer at en del af cellens DNA overføres fra en donor til en modtager.
- Når noget af donorens DNA er blevet integreret i modtagerens DNA, kaldes den resulterede celle en rekombinant.
6.4.1 Transformation i bakterier
- Under denne proces, overføres gener fra en bakterie til en anden som ”nøgent” DNA i opløsning.
6.4.2 Konjugation i bakterier
- Denne proces, kræver kontakt mellem levende celler.
- En type af genetiske donorceller er F1; modtagerceller er F2. F celler indeholder plasmider kaldet F faktorer; disse overføres til F2 celler under konjugering.
6.4.3 Transduktion i bakterier
- I denne proces, overføres DNA fra en bakterie til en anden gennem en bakteriofag og inkorporeres derefter i modtagercellens DNA.
- I generaliseret transduktion, kan eventuelle bakterielle gener overføres.
6.4.4 Plasmider og transposoner
- Plasmider er selvreplikerende cirkulære DNA molekyler, som bærer gener der normalt ikke er essentielle for cellens overlevelse.
- Der findes flere typer af plasmider, herunder konjugerende plasmider, dissimilationsplasmider og plasmider der bærer gener for toksiner, bakteriociner eller resistensfaktorer.
- Transposoner, er små segmenter af DNA, der kan bevæge sig fra den ene region til en anden region i det samme kromosom eller til et andet kromosom eller andet plasmid.
- Komplekse transposoner, kan bære enhver type gen, herunder antibiotikaresistensgener og er således en naturlig mekanisme til bevægelse af gener fra et kromosom til et andet.
6.5 Gener og evolution
- Diversitet er en forudsætning for evolution.
- Genetisk mutation og rekombinering, giver en mangfoldighed af organismer og processen med naturlig udvælgelse, tillader væksten af dem der passer bedst til et givent miljø.