Top Banner
הההההההה הההההההה ההההההההההה
74

רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Dec 20, 2015

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

רפליקציה

טרנסקריפציה טרנסלציה

Page 2: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Replication

Page 3: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

telomerase

Page 4: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Mitosis animation

פרופזהפרומטפזה

מטפזהאנפזה

טלופזה

Page 5: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 6: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Semiconservativereplication

למחצה הכפלה משומרת

סרט ראשון

Page 7: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 8: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Cell CycleRegulators

Replication Commitment

Cell Growth & Completion of

Replication

Cell Division

Cell Division and DNA Replication

Replication Initiation

Page 9: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

In man 104 to 105 sites a replication rate of 2 kb/minute

Page 10: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Origins of replication

• In E. coli only one site OriC

• In man 104 to 105 sites

• The direction of replication is bi-directional

OriC OriC

OriC

Page 11: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

origin of replicationכמה יש בגנום של הפרה?

. אחד1•

. אחד לכל כרומוזום2•

נוקלטוטידים100000. אחד כל כ-3•

נוקלאוטידים1000. אחד כל כ-4•

Page 12: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

אתר מבנההתחלת

רפליקציה -ORI

Page 13: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

הליקאז

Page 14: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA Replication

DNA Helicase

• Hydrolyze ATP when bound to ssDNA and opens up helix as it moves along DNA

• Moves 1000 bp/sec

• 2 helicases: one on leading and one on lagging strand

• SSB proteins aid helicase by destabilizing unwound ss conformation

Page 15: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

SSB proteins help DNA helicase destabilizing ssDNA

• Binds to DNA with no sequence preference

• Binds tighter to single strand than double

• Keeps separated strands from rejoining

Page 16: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

פרימאז

פרימר: רצף קצר של נוקלאוטידים

Page 17: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

5 ’GCATTCAGCAA 3’ 3 ’AGUCG 5’ RNA ריבוז

DNAדיאוקסיפרימר: רצף קצר של נוקלאוטידים

Page 18: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

" המשלים – הגדיל תבנית י עפ לנוקלאוטיד נוקלאוטיד המוסיף אינזים פולימראז

DNA: דורש פולימראזקצה 1. עם OH' 3פרימאר.2TEMPLATE קריאה גדילנוקלאוטידים3.

תמיד מכיוון מפולימראז '3ל' 5סנטז

III

Page 19: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

NTP

Page 20: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA PolymeraseBacteria

►Single Ori

►Initiation or replication highly regulated

►Once initiated replication forks move at ~400-500 bp/sec

►Replicate 4.6 x 106 bp in ~40 minutes

Page 21: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

מה תפקידו של הליקאז?

. לפתוח זיווגי בסיסים1•

. למנוע מהדנא לחזור למצב דו-גדילי2•

. ליצר פרימר של רנא3•

. לסנטז גדיל משלים4•

Page 22: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

P

P

P

P

P

P

P

PP P

CH2

CH2

CH2

OH

OH

O

O

OBase

Base

Base

CH2

CH2

CH2

OH

O

O

OBase

Base

Base

5' end of strand

3' end of strand3'

5'

3'

H20+

Synthesis reaction

DNA SYNTHESIS REACTION

products

Page 23: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA Pol III activity

• 5’ to 3’ DNA polymerase

• Very processive: Once it locks on it does not let go

• Very active: Adds 1,000 nucleotides/sec!

• High fidelity (מדויק): has a 3’ to 5’ exonuclease activity that removes mismatches

Page 24: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

How good is Pol III?

• 1 in 10,000 bases added are mismatched.

• Of these, all but 1 in 1,000 are corrected by Pol III

• E. coli genome 4,000,000 bp– 400 mismatches– Probably all will be corrected by Pol III

Page 25: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

קריאה בדיקת

DNA פולימראז III הוא בעל ' 5' ל-3פעילות של אקסונוקלאז

וזה רק כאשר לא הוסיף את הנוקלאוטיד הבא

Page 26: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

בהפסקות

Page 27: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 28: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

הרפליקציה מזלג

Page 29: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 30: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

אוקזקי פרגמנט

Page 31: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 32: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

ליגאז

רפליקציה סרט

Page 33: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

3

Polymerase III

5’ 3

Leading strand

base pairs

5’

5’

3’

3’

Supercoiled DNA relaxed by gyrase & unwound by helicase + proteins:

Helicase +

Initiator Proteins

ATP

SSB Proteins

RNA Primer

primase

2Polymerase III

Lagging strand

Okazaki Fragments

1

RNA primer replaced by polymerase I& gap is sealed by ligase

Page 34: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA repair

Page 35: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Overall directionof replication

5’ 3’

5’

3’

5’

3’

3’ 5’

DNA polymerase enzyme adds DNA nucleotides to the RNA primer.

Replication

Helicase: this unwinds DNA

Page 36: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA polymerase enzyme adds DNA nucleotides to the RNA primer.

5’

5’

Overall directionof replication

5’

3’

5’

3’

3’

3’

DNA polymerase proofreads bases added and replaces incorrect nucleotides.

Replication

Page 37: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’Overall directionof replication

Leading strand synthesis continues in a 5’ to 3’ direction.

Replication

Page 38: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

3’ 5’ 5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’Overall directionof replication

Okazaki fragment

Leading strand synthesis continues in a 5’ to 3’ direction.

Discontinuous synthesis produces 5’ to 3’ DNA segments called Okazaki fragments.

Replication

Page 39: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

5’ 5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’Overall directionof replication

3’

Leading strand synthesis continues in a 5’ to 3’ direction.

Discontinuous synthesis produces 5’ to 3’ DNA segments called Okazaki fragments.

Okazaki fragment

Replication

Page 40: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’

3’

5’ 5’ 3’

Leading strand synthesis continues in a 5’ to 3’ direction.

Discontinuous synthesis produces 5’ to 3’ DNA segments called Okazaki fragments.

Replication

Page 41: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

3’

5’

3’

5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’ 5’ 3’

Leading strand synthesis continues in a 5’ to 3’ direction.

Discontinuous synthesis produces 5’ to 3’ DNA segments called Okazaki fragments.

Replication

Page 42: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Leading and Lagging strands

Page 43: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 44: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

topoisomerase

Page 45: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Etoposide – topo II inhibitor

כמוטרפיה

טופואיזומראז

Page 46: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 47: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA Replication

DNA Polymerase held to DNA by clamp regulatory protein• Clamp protein releases DNA poly when runs into dsDN• Forms ring around DNA helix• Assembly of clamp around DNA requires ATP hydrolysis• Remains on leading strand for long time; only on lagging strand for short time when it reaches 5’ end of proceeding

Okazaki fragments

Page 48: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

DNA Synthesis

•Synthesis on leading and lagging strands

•Simultaneous replication occurs via looping of lagging strand

•Proofreading and error correction during DNA replication

Page 49: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Replication Movie

Replication summery

Page 50: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Simultaneous Replication Occurs via Looping of the

Lagging Strand

•Helicase unwinds helix

•SSBPs prevent closure

•DNA gyrase reduces tension

•Association of core polymerase with template

•DNA synthesis

•Not shown: pol I, ligase

Page 51: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Replication Termination of the Bacterial Chromosome

Termination: meeting of two replication forksand the completion of daughter chromosomes

Region 180o from ori contains replication fork traps:

ori

Ter sites

Chromosome

Page 52: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Replication Termination of the Bacterial Chromosome

TerATerB

One set of Ter sites arrest DNA forks progressing in the clockwise direction, asecond set arrests forks in the counterclockwise direction:

Chromosome

Page 53: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 54: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 55: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Eukaryotic DNA Polymerases

Enzyme Location Function• Pol (alpha) Nucleus DNA replication

– includes RNA primase activity, starts DNA strand

• Pol (gamma) Nucleus DNA replication– replaces Pol to extend DNA strand, proofreads

• Pol (epsilon) Nucleus DNA replication– similar to Pol , shown to be required by yeast mutants

• Pol (beta) Nucleus DNA repair• Pol (zeta) Nucleus DNA repair• Pol (gamma) Mitochondria DNA replication

Page 56: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 57: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

If this shoelace were a chromosome,

then these two protective tips would be its

תיאור הבעיה – קצוות חשופים של הכרומוזומים

Page 58: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

CHROMOSOME

TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG

AATCCCAATCCC5’

3’

TELOMERE

פיתרון הבעיה – הוספת רצפים חוזרים לקצוות בסיום הרפליקציה

Page 59: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 60: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

TnAmGo type of minisatellite repeat

TTAGGG – human

TTTAGGG – Arabidopsis

TTGGGG - Tetrahymena

TTAGG – Bombyx

TTTTAGGG – Chlamydomonas

TTTTGGGG – Oxytricha

TTAGGC - Ascaris

(TG)1-3 - Saccharomyces cereviceae

Page 61: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Telomere

• senescent cells have shorter telomeres• תאים מזדקנים בעלי טלומרים קצרים• length differs between species• אורך הטלומר משתנה בין מינים שונים• in humans 8-14kb long• 8-14באדם אורכו בין • telomere replication occurs late in the cell

cycle• נוקלאוטידים בין 200 עד 40הטלומארים מתקצרים ב-

.חלוקה אחת לשניה

Page 62: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

• Provide protection from enzymatic degradation and maintain chromosome stability

• מונע פרוק אינזימטי ושומר על הכרומוזומים

• Organization of the cellular nucleus by serving as attaching points to the nuclear matrix

• משמש נקודות מעגן למערך רשת הגרעין

• Allows end of linear DNA to be replicated completely

• מאפשר את סיום הרפליקציה של הכרומוזומים

Functions

Page 63: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

End-to-end fusion

Page 64: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Telomerase is composed of both RNA and protein

Page 65: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Telomerase

1. Telomerase binds to the telomer and the internal RNA component aligns with the existing telomer repeats.

2. Telomerase synthesizes new repeats using its own RNA component as a template

3. Telomerase repositions itself on the chromosome and the RNA template hybridizes with the DNA once more.

Page 66: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

and Primase

Page 67: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Telomeres are packaged into a unique structure -- a T-loop

Page 68: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Telomerase

Tel Conc

Page 69: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Telomerase is not active in most somatic cells

Page 70: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Cancer cells have telomerase

Page 71: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Dolly is aging too rapidly?….or was born 6 years oldDolly has developed pre-mature arthritis

מזה של כבש רגיל שנולד – ז"א נולדה 80%לדולי היה אורך טלומארים של שנים!6שהיא בת

נוקלאוטידים בכל חלוקת תא.200—50הטלומארים מתקצרים בקצב של

Page 72: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

A Japanese-American Werner patient as a teenager (left), and at age 48 (Case #1 Epstein et al,1966, Medicine 45:177). She had eight children, two of whom were also affected. At 48, she hadhair loss and greying, thin extremities, chronic ulcerations of the ankles, atrophy of the skin and herthe right eye had been enucleated several years earlier due to acute glaucoma resulting from bilat-eral cateract extraction at the age of 27. She lived longer than many Werner patients, dying at 57.

Werner Patient

Teenager Age 48

Page 73: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.
Page 74: רפליקציה טרנסקריפציהטרנסלציה Replication telomerase.

Reverse Transcriptase

• Essential enzyme of RNA containing viruses such as HIV virus

• Synthesizes DNA in 5’ 3’ direction from an RNA template

• Viral RNA is degraded by RNase H domain of the protein, then complementary DNA is synthesized

• DNA integrated into host cell chromosome

from Molecular Biology of the Cell, Alberts, Bray, Lewis, Raff, Roberts, and Watson, Garland Publishing, New York 1994.