Przejdź do treści
Podstawy genetyki - to co potrzebujesz wiedzieć aby zrozumieć DMD
1. Co to jest genom, dna, chromosomy
2. Jak zbudowany jest gen
Genom jest zapisem zawierającym informację biologiczną potrzebną do powstania organizmu i utrzymania go przy życiu. Większość genomów, w tym człowieka i innych komórkowych form życia, zbudowanych jest z DNA (ang: DeoxyriboNucleic Acid pol: kwas deoksyrybonukleinowy) jednak niektóre wirusy mają genom zbudowany z RNA (ang: RiboNucleic Acid pol: kwas rybonukleinowy). Człowiek ma dwa genomy: genom jądrowy (znajdujący się w jądrze komórki) i odrębny genom zwany mitochondrialnym.
Tutaj zajmiemy się jedynie genomem jądrowym.
Każda komórka naszego ciała, a każdy człowiek ma ich około 10000000000000, ma swoją własną kopię genomu, który znajduje się w jądrze komórki. Wyjątkiem są czerwone krwinki, które w stanie pełnego zróżnicowania nie mają jądra komórkowego.
Rys. 1: DNA, geny i chromosomy
żródło: https://my.clevelandclinic.org/health/body/23064-dna-genes–chromosomes
Cały genom zbudowany jest 3235000000 par nukleotydów (swego rodzaju chemicznych klocków) DNA, podzielonych na 46 części tzw. chromosomów. Długość najkrótszej części/cząsteczki to 48000000, a na najdłuższej 250000000 par nukleotydów. Chromosomy tworzą pary – par jest 23. Wsród nich mamy 22 pary chromosomów tzw. autosomów, a ostatnia 23 para nazwana jest chromosomami płciowymi tzw. allosomami. Para ta jest inna u mężczyzn i u kobiet. Większość kobiet ma dwa chromosomy X (XX), a większość mężczyzn ma chromosom X i Y (XY).
Wszystkie chromosomy tworzące genom człowieka zawierają około 45500 genów.
Rys. 2:
źródło: https://learn.genetics.utah.edu/content/basics/chromosomes
Jak już wcześniej pisaliśmy DNA i RNA zbudowany jest z par nukleotydów.
Nukleotydy zbudowane są nukleozydów i zasad azotowych. Nukleozyd to cukier pentozowy (to jest taki cukier, który zawiera 5 atomów węgla w cząsteczce) i połączona z nim grupa fosforanowa (blok P na rys.3).
Zasady azotowe (blok NB na rys.3) w przypadku DNA to Adenina, Guanina, Tymina i Cytozyna, a w przypadku RNA Adenina, Guanina, Uracyl (zamiast jak w DNA Tyminy) i Cytozyna.
Rys. 3: Nukleotyd RNA i DNA,
źródło: https://biologyreader.com/nucleotide.html
Cukier pentozowy i grupa fosforanowa tworzą szkielet cukrowo fosforanowy coś jak podłużnice w drabinie, a pary zasad swego rodzaju szczeble łączące obie podłużnice – dodatkowo ta drabina jest skręcona wzdłuż swojej osi pionowej.
Rys. 4: Budowa genu – nukleozyd, nukleotyd, szkielet cukrowo fosforanowy, pary zasad, wiązanie wodorowe
Źródło: https://www.britannica.com/science/pedigree-genetics
Geny (zwłaszcza te kodujące białka) w organizmach eukariotycznych (czyli takich, których komórki zawierają jądro komórkowe) posiadają strukturę nieciągłą. Oznacza to, że regiony niosące informację potrzebną do stworzenia białka poprzedzielane są regionami niekodującymi. Regiony kodujące nazywane są eksonami, natomiast regiony niekodujące intronami. Obszar od pierwszego do ostatniego eksonu oraz introny znajdujące się pomiędzy nimi tworzą tzw Otwartą Ramkę Odczytu (ORF – Open Reading Frame). W obszarze tym nie znajdują się żadne elementy zatrzymujące możliwość późniejszej translacji, czyli tworzenia białka. Pojawienie się takiego elementu, spowodowane np. mutacją, może przerwać translację i uniemożliwić powstanie białka – w przypadku DMD dystrofiny.
Poniższy rysunek przedstawia przykład takiego genu.
Rys. 5: Uproszczona struktura genu
źródło: Opracowanie własne
Długość pojedynczych eksonów (exons) jest zwykle krótka, od 10 do 300 nukleotydów (nucleotides). Ogólnie rzecz biorąc, ludzkie geny wykazują wiele krótkich eksonów (średnio 150 nukleotydów) i są oddzielone długimi intronami zawierającymi do 10000 par nukleotydów. Średnia długości genu człowieka to 27000 par nukleotydów, gen Dystrofiny jest najdłuższym naszym genem składającym się z 2400000 par nukleotydów.
3. Transkrypcja (transcription)
Geny są nośnikiem informacji biologicznej. Wykorzystanie jej staje się możliwe w procesie ekspresji genu, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje najpierw przepisana w trakcie Transkrypcji do pre-mRNA, a następnie z pre-mRNA wycinane są introny (tzw. splicing) co prowadzi do powstania mRNA (ang: mature RNA; pol: dojrzałe RNA).
mRNA jest swego rodzaju matrycą na podstawie, której tworzone jest białko – w przypadku DMD/BMD jest to dystrofina. Proces tworzenia białka nazywany jest translacją.
Rys. 6: Proces transkrypcji
źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:RNA_splicing_diagram_en.svg
4. Translacja (translation)
Rys. 7: Proces transkrypcji
źródło: Brak danych
Przepraszamy – w trakcie uzupełniania
Rys. 8: Proces transkrypcji
źródło: Opracowanie własne
5. Wideo - od DNA do białka
Film 1: Od Dna do białka
źródło: YouTube
Uwaga! – W tym filmie można włączyć napisy w języku polskim