Genomy
Nowoczesny podręcznik na temat genomów i sposobach ich badania!
Tłumaczenie czwartego wydania znanego w świecie podręcznika genetyki molekularnej. Książka jest podzielona na cztery części: sekwencjonowanie genów wraz z przypisaniem im określonych białek, anatomia genomu, funkcjonowanie genomu oraz replikacja i ewolucja genomów. Uwzględnia genomy wszystkich rodzajów organizmów: wirusów, bakterii, grzybów, roślin i zwierząt oraz ludzi.
Część I - Badanie genomów - podstawowe pojęcia genetyki molekularnej, najważniejsze metody badawcze: technikę rekombinowania i klonowania DNA, PCR, sekwencjonowanie DNA, mikromacierze DNA, a także metody sporządzania map genetycznych wywodzące się jeszcze z czasów genetyki klasycznej. Dużo miejsca poświęcono genomowi człowieka, znakomicie nadającemu się do przedstawienia strategii sekwencjonowania dużych genomów.
Część II - Anatomia genomów - strukturę genomów pro- i eukariotycznych, ze szczególnym uwzględnieniem genomu ludzkiego.
Część III - Funkcjonowanie genomów - mechanizmy transkrypcji i translacji oraz regulację ekspresji genów na różnych poziomach. Dzięki starannie dobranym przykładom regulacji ekspresji genów u różnych organizmów, znakomicie pokazano różnorodność mechanizmów zjawiska regulacji genetycznej. Przedstawiono problem różnicowania i rozwoju organizmów, począwszy od bakteriofagów i bakterii przez nicienie i muszkę owocową, a także procesy powstawania przeciwciał i receptorów limfocytów, które to procesy są omówione w kontekście zmian w genomie i rearanżacji zachodzących na poziomie DNA.
Część IV - Replikacja i ewolucja genomów - zagadnienia replikacji kwasów nukleinowych, mutacji i rekombinacji. Jest także rozdział o ewolucji genomów i filogenetyce molekularnej.
Każdy rozdział zawiera zestaw krótkich pytań i pogłębionych zagadnień, jak również dołączoną listę dalszych lektur. Na końcu książki znajduje się obszerny słownik terminów.
Krótkie pytania. Pytania pokrywają zawartość każdego rozdziału i są sformułowane w prosty sposób. Odpowiedzi na nie można znaleźć, sprawdzając odpowiednią partię tekstu. Student może wykorzystać te pytania w celu systematycznego zapoznania się z treścią rozdziału lub wybrać niektóre z nich w celu sprawdzenia możliwości udzielenia odpowiedzi na określone zagadnienia. Krótkie pytania mogą być też wykorzystywane do przygotowania testów sprawdzających.
Problemy pogłębione wymagają bardziej szczegółowych odpowiedzi. Różnią się charakterem i stopniem trudności.
Dalsze lektury. Ich lista jest zamieszczona na końcu każdego rozdziału i zawiera te artykuły naukowe, artykuły przeglądowe i książki, które uznałem za najlepsze źródło dodatkowych materiałów.
Słowniczek określa znaczenie każdego terminu, który w tekście jest zaznaczony pogrubionym drukiem, a także wielu terminów, które czytelnik może spotkać w książkach i artykułach wymienionych w liście lektur.
W tym wydaniu na pierwszy plan wysuwa się rozwój transkryptomiki i genomiki, który osiągnął taki poziom, że można było opisać procesy transkrypcji i translacji zachodzące w całych genomach, a nie na podstawie procesów ekspresji pojedynczych genów.
Podręcznik jest przeznaczony przede wszystkim dla studentów: biologii, biotechnologii, bioinformatyki, medycyny, farmacji, rolnictwa i innych pokrewnych kierunków oraz dla początkujących pracowników nauki w tych dziedzinach. Jest również skierowany do wszystkich, którzy chcieliby się dowiedzieć, czym jest współczesna
genetyka.
Rozdział 1 1
Genomy, transkryptomy i proteomy 1
1.1. DNA 2
Geny zbudowane są z DNA 3
DNA jest polimerem zbudowanym z nukleotydów 4
Łączenie się zasad w pary i asocjacja warstwowa stabilizują podwójna helisę 8
Podwójna helisa jest strukturą elastyczną 9
1.2. RNA i tran skryptom 11
RNA jest drugim rodzajem polinukleotydu 11
Rodzaje RNA w komórce 12
Wiele RNA jest syntetyzowanych jako cząsteczki prekursorowe 13
Różne definicje transkryptomu 15
1.3. Białka i proteom 15
Cztery hierarchiczne poziomy struktury białka 16
Różnorodność białek wynika z różnorodności aminokwasów 17
Powiązanie transkryptomu z proteomem 18
Kod genetyczny nie jest uniwersalny 20
Powiązanie proteomu z biochemią komórki 21
Podsumowanie 22
Krótkie pytania otwarte 23
Pytania problemowe 23
Literatura uzupełniająca 24
Rozdział 2 25
Analiza DNA 25
2.1. Enzymy służące do manipulacji DNA 26
Sposób działania polimerazy DNA zależnej od matrycy 26
Typy polimeraz DNA stosowane w badaniach naukowych 28
Endonukleazy restrykcyjne umożliwiają cięcie cząsteczek DNA w ściśle określonych pozycjach 29
Do analizy wyników trawienia restrykcyjnego wykorzystuje się elektroforezę w żelu 30
Fragmenty DNA można identyfikować metodą hybrydyzacji Southerna 32
Ligazy łączą ze sobą fragmenty DNA 33
Enzymy modyfikujące końce 35
2.2. Reakcja łańcuchowa polimera zy (PCR) 35
Przeprowadzanie PCR 35
Przyrost ilości produktu w reakcji PCR można śledzić 36
PCR ma wiele różnorodnych zastosowań 37
2.3. Klonowanie DNA 37
Dlaczego klonowanie jest ważne? 38
Najprostsze wektory do klonowania są oparte na plazmidach z E. coli 38
Jako wektorów do klonowania można także użyć bakteriofagów 40
Wektory dla dłuższych fragmentów DNA 43
DNA można klonować w organizmach innych niż E. coli 44
Podsumowanie 46
Krótkie pytania otwarte 46
Pytania problemowe 47
Literatura uzupełniająca 47
Rozdział 3 49
Mapowanie genomów 49
3.1. Dlaczego mapa genomu jest ważna 49
Mapy genomu są potrzebne do sekwencjonowania bardziej złożonych genomów 49
Mapy genomowe to nie tylko pomoc przy sekwencjonowniu 51
3.2. Mar kery do mapowania genetycznego 51
Pierwszymi stosowanymi markerami były geny 52
RFLP i SSLP są przykładami markerów DNA 53
Polimorfizmy punktowe są najbardziej użytecznymi markerami DNA 55
3.3. Podstawy mapowania genetycznego 57
Podstawy dziedziczenia i odkrycie sprzężenia 57
Częściowe sprzężenie można wyjaśnić zachowaniem chromosomów w czasie mejozy 58
Od częściowego sprzężenia do mapowania genetycznego 61
3.4. Przeprowadzanie analizy sprzężeń w różnych typach organizmów 62
Analiza sprzężeń, gdy możliwe są planowane eksperymenty hodowlane 62
Mapowanie genów przez analizę rodowodów u człowieka 64
Mapowanie genetyczne u bakterii 65
Ograniczenia analizy sprzężeń 67
3.5. Mapowanie fizyczne przez bezpośrednie badanie cząsteczek DNA 67
Konwencjonalne mapowanie restrykcyjne można stosować tylko do małych cząsteczek DNA 68
Mapowanie optyczne pozwala na lokalizację miejsc restrykcyjnych w dłuższych cząsteczkach DNA 69
Mapowanie optyczne można wykorzystać do mapowania innych elementów w cząsteczce DNA 71
3.6. Mapowanie fizyczne przez przypisywanie markerów do fragmentów DNA 73
Każda unikalna sekwencja może być STS 74
Fragmenty DNA do mapowania STS można uzyskać jako hybrydy radiacyjne 74
Jako odczynnika do mapowania można także użyć biblioteki klonów 75
Podsumowanie 76
Krótkie pytania otwarte 77
Pytania problemowe 77
Literatura uzupełniająca 78
Rozdział 4 79
Sekwencjonowanie genomów 79
4.1. Sekwencjonowanie metodą terminacji łańcucha 79
Metoda terminacji łańcucha w zarysie 79
Nie wszystkie polimerazy DNA można wykorzystać w sekwencjonowaniu 82
Sekwencjonowanie metodą terminacji łańcucha z zastosowaniem polimerazy Taq 82
Zalety i ograniczenia sekwencjonowania metodą terminacji łańcucha 83
4.2. Sekwencjonowanie metoda mi nowej genera cji 85
Metody nowej generacji wymagają przygotowania bibliotek do sekwencjonowania 85
Opracowano różne metody sekwencjonowania nowej generacji 86
Metody trzeciej i czwartej generacji umożliwiają sekwencjonowanie w czasie rzeczywistym 89
4.3. Jak zsekwencjonować genom 91
Możliwości strategii shotgun udowodniono, sekwencjonując genom Haemophilus influenzae 91
Strategię shotgun wykorzystano do zsekwencjonowania wielu genomów
prokariotycznych 93
Sekwencjonowanie genomów eukariotycznych strategią shotgun wymaga zastosowania zaawansowanych programów do składania 94
Do sekwencjonowania bardziej złożonych genomów można wykorzystać hierarchiczną strategię shotgun 96
Czym jest sekwencja genomu i czy zawsze jej potrzebujemy? 99
4.4. Przegląd projektów sekwencjonowania genomów eukariotycznych 101
Projekt Poznania Genomu Człowieka: sekwencjonowanie genomu w czasach heroicznych 101
Genom neandertalczyka: poznanie genomu wymarłego gatunku z wykorzystaniem genomu człowieka jako sekwencji odniesienia 103
Genom pandy wielkiej: sekwencjonowanie shotgun oparte wyłącznie na metodach nowej generacji 104
Genom jęczmienia: pojęcie przestrzeni genów 106
Podsumowanie 107
Krótkie pytania otwarte 108
Pytania problemowe 109
Literatura uzupełniająca 109
Rozdział 5 111
Anotacja genomu 111
5.1. Lokalizowanie genów w sekwencjach DNA przez komputerową analizę sekwencji 111
Obszary kodujące genów są otwartymi ramkami odczytu 111
Proste skanowania ORF są mniej wydajne dla większych DNA eukariotycznych 112
Szukanie genów niekodujących RNA 114
Poszukiwanie homologii i genomika porównawcza nadają śledzeniu sekwencji nowy wymiar 115
5.2. Anotacja gemomu przez analizę tran skryptów genów 116
Test hybrydyzacyjny pozwala ustalić, czy fragment zawiera sekwencję ulegającą ekspresji 117
Istnieją metody dokładnego mapowania końców transkryptów 118
Granice ekson–intron można dokładnie zlokalizować 118
5.3. Anotacja przez całogenomowe mapowanie RNA 119
Mikromacierze dachówkowe umożliwiają mapowanie transkryptów na chromosomach lub całych genomach 119
Sekwencje transkryptów można zmapować bezpośrednio w genomie 121
5.4. Przeglądar ki genomów 123
Podsumowanie 124
Krótkie pytania otwarte 124
Zadania problemowe 125
Literatura uzupełniająca 125
Rozdział 6 127
Ustalanie funkcji genu 127
6.1. Komputerowa analiza funkcji genu 127
Homologia odzwierciedla związki ewolucyjne 127
Analiza homologii może dostarczyć informacji o funkcji całego genu lub jego segmentów 128
Identyfikacja domen białkowych może pomóc przypisać funkcję nieznanemu genowi 129
Przypisywanie funkcji genom wymaga jednolitej terminologii 130
6.2. Przypisywanie funkcji przez inaktywację i nadekspresję genu 131
Analiza funkcjonalna przez inaktywację genu 131
Geny można inaktywować przez rekombinację homologiczną 132
Inaktywacja genu bez rekombinacji homologicznej 133
Do określania funkcji można także wykorzystać nadekspresję genu 135
Fenotypowy efekt inaktywacji jest czasem trudny do zaobserwowania 136
6.3. Zrozumienie funkcji genu przez badan ia wzoru ekspresji i produktu białkowego 136
Do szczegółowego badania funkcji genu można wykorzystać mutagenezę ukierunkowaną 138
6.4. Wykorzystanie konwencjonalnej analizy genetycznej do identyfikacji funkcji genu 141
Identyfikacja ludzkich genów związanych z chorobami dziedzicznymi 141
Całogenomowe badania asocjacyjne także pozwalają na identyfikację genów związanych z chorobami i innymi cechami 142
Podsumowanie 143
Krótkie pytania otwarte 144
Zadania problemowe 144
Literatura uzupełniająca 145
Rozdział 7 147
Eukariotyczne genomy jądrowe 147
7.1. Genomy jądrowe znajdują się w chromosomach 147
Chromosomy są znacznie krótsze niż zawarte w nich cząsteczki DNA 147
Specyficzne właściwości chromosomów metafazowych 149
Oddziaływania DNA–białko w centromerach i telomerach 151
7.2. W jaki sposób geny są zorganizowane w genomie jądrowym? 153
Geny nie są rozmieszczone równomiernie w obrębie genomu 153
Odcinek genomu człowieka 154
Genom drożdży jest bardzo zwarty 156
Organizacja genów u innych eukariontów 158
7.3. Ile jest genów i jakie są ich funkcje? 159
Liczby genów mogą być mylące 159
Katalogi genów ujawniają cechy charakterystyczne różnych organizmów 161
Rodziny genów 164
Pseudogeny i inne relikty ewolucyjne 165
7.4. Za wartość powtarzającego się
DNA w eukariotycznych genomach jądrowych 167
DNA powtórzony tandemowo znajduje się w centromerach i innych miejscach w chromosomach eukariotycznych 168
Minisatelity i mikrosatelity 168
Powtórzenia rozproszone 169
Podsumowanie 170
Krótkie pytania otwarte 170
Pytania problemowe 171
Literatura uzupełniająca 171
Rozdział 8 173
Genomy prokariontów i organelli eukariotycznych 173
8.1. Właściwości fizyczne genomów prokariotycznych 173
Tradycyjny obraz chromosomu prokariotycznego 173
Niektóre bakterie mają genomy liniowe lub wieloczęściowe 175
8.2. Właściwości genetyczne genomów prokariotycznych 178
Organizacja genów w genomie E. coli K12 178
Operony są cechą charakterystyczną genomów prokariotycznych 180
Rozmiary genomów i liczba genów u prokariontów różnią się w zależności od złożoności biologicznej 181
Rozmiary genomów i liczba genów różnią się w obrębie poszczególnych gatunków 182
Rozróżnienie między gatunkami prokariotycznymi rozmywa się jeszcze bardziej za sprawą poziomego transferu genów 184
Metagenomy opisują członków społeczności 186
8.3. Eukariotyczne genomy organellarne 187
Teoria endosymbiozy wyjaśnia pochodzenie genomów organellarnych 187
Większość genomów organellarnych jest kolista 188
Katalogi genów z genomów organellarnych 189
Podsumowanie 191
Krótkie pytania otwarte 192
Pytania problemowe 192
Literatura uzupełniająca 193
Rozdział 9 195
Genomy wirusów i ruchome elementy genetyczne 195
9.1. Genomy ba kteriofagów i wirusów eukariotycznych 195
Genomy bakteriofagów mają zróżnicowane struktury i organizację 195
Strategie replikacji genomów bakteriofagowych 197
Struktury i strategie replikacji eukariotycznych genomów wirusowych 198
Niektóre retrowirusy powodują nowotwory 199
Genomy na granicy życia 201
9.2. Ruchome elementy genetyczne 201
Transpozony RNA z długimi końcowymi powtórzeniami są spokrewnione z retroelementami wirusowymi 202
Niektóre transpozony RNA nie mają długich końcowych powtórzeń 204
Transpozony DNA występują powszechnie w genomach prokariotycznych 205
Transpozony DNA są mniej powszechne w genomach eukariotycznych 206
Podsumowanie 207
Krótkie pytania otwarte 208
Pytania problemowe 208
Literatura uzupełniająca 209
Rozdział 10 211
Dostępność genomu 211
10.1. Wewnątrz jądra 211
Jądro ma uporządkowaną strukturę wewnętrzną 212
W niedzielącym się jądrze stopień upakowania
DNA jest różny 213
Uważa się, że chromosomowy DNA jest połączony z macierzą jądrową 214
Każdy chromosom zajmuje w jądrze swoje własne terytorium 215
Każdy chromosom zawiera grupy domen powiązanych topologicznie 216
Izolatory wyznaczają granice domen powiązanych topologicznie 218
10.2. Modyfikacje nukleosomów a ekspresja genomu 220
Acetylacja histonów wpływa na wiele funkcji jądrowych, łącznie z ekspresją genomu 220
Deacetylacja histonów prowadzi do zablokowania aktywnych rejonów genomu 221
Acetylacja nie jest jedynym rodzajem modyfikacji histonów 222
Remodelowanie nukleosomów również wpływa na ekspresję genomu 223
10.3. Modyfikacje DNA a ekspresja genomu 225
Wyciszanie genomu przez metylację DNA 226
Metylacja wiąże się z piętnowaniem genomowym i inaktywacją chromosomu X 226
Podsumowanie 228
Krótkie pytania otwarte 229
Pytania problemowe 229
Literatura uzupełniająca 230
Rozdział 11 231
Rola białek wiążących DNA w ekspresji genomu 231
11.1. Metody badan ia białek wiążących DNA i ich miejsc wiązania 231
Krystalografia rentgenowska dostarcza danych dotyczących struktury dla każdego białka, które uda się skrystalizować 231
Spektroskopia NMR jest wykorzystywana do badania struktury małych białek 233
Badanie spowolnienia migracji w żelu pozwala zidentyfikować fragmenty DNA wiążące białka 234
Testy ochrony przed modyfikacją precyzyjniej określają położenie miejsc wiążących białko 234
Nukleotydy bezpośrednio oddziałujące z białkiem można zidentyfikować, stosując test zakłócania modyfikacji 237
Wyszukiwanie w genomie miejsc wiążących białka 237
11.2. Specyficzne cechy białek wiążących DNA 239
Domena typu helisa–skręt–helisa występuje w białkach prokariotycznych i eukariotycznych 240
W białkach eukariotycznych wiążących się z DNA często występują palce cynkowe 240
Inne rodzaje domen wiążących kwasy nukleinowe 241
11.3. Oddziaływanie między DNA a wiążącymi je białkami 242
Bezpośredni odczyt informacji zawartej w sekwencji nukleotydów 242
Sekwencja nukleotydów pośrednio wpływa na strukturę helisy 243
Oddziaływania między DNA a białkami 243
Podsumowanie 244
Krótkie pytania otwarte 245
Pytania problemowe 245
Literatura uzupełniająca 246
Rozdział 12 247
Transkryptomy 247
12.1. Składniki tran skryptomu 247 mRNA jest mało liczną, ale za to złożoną częścią transkryptomu 247
Krótkie niekodujące RNA mają różne funkcje 249
Długie niekodujące RNA są zagadkowymi transkryptami 250
Do badania zawartości transkryptomów wykorzystuje się analizy na mikromacierzach i sekwencjonowanie RNA 252
12.2. Synteza składników tran skryptomu 254
Polimerazy RNA są maszynami molekularnymi do wytwarzania RNA 254
Miejsca rozpoczęcia transkrypcji są wskazywane przez sekwencje promotorowe 255
Synteza RNA bakteryjnych jest regulowana przez białka represorowe i aktywatorowe 258
Synteza bakteryjnego RNA jest również regulowana przez kontrolowanie terminacji transkrypcji 261
Synteza eukariotycznego RNA jest regulowana głównie przez białka aktywatorowe 263
12.3. Degrada cja składników tran skryptomu 265
Znanych jest kilka procesów nieswoistego rozkładu RNA 265
Wyciszanie RNA zidentyfikowano po raz pierwszy jako sposób niszczenia inwazyjnego wirusowego RNA 266
MikroRNA regulują ekspresję genomu, powodując degradację konkretnych docelowych mRNA 268
12.4. Wpływ obróbki RNA na skład tran skryptomu 268
Szlak wycinania intronów z eukariotycznych pre-mRNA 269
Proces składania RNA musi mieć wysoki stopień precyzji 271
Elementy wzmacniaczy i wyciszaczy determinują szlaki alternatywnego składania RNA 272
12.5. Badan ia tran skryptomów 274
Analizy transkryptomów jako narzędzie do anotacji genomu 274
Transkryptomy komórek nowotworowych 276
Badania transkryptomów w odpowiedzi roślin na stres 277
Podsumowanie 279
Krótkie pytania otwarte 280
Pytania problemowe 280
Literatura uzupełniająca 281
Rozdział 13 283
Proteomy 283
13.1. Badanie składu proteomu 283
Etap rozdziału białek w analizie profili białkowych 284
Etap identyfikacji białek w analizie profili białkowych 286
Porównywanie składu dwóch proteomów 288
Analityczne mikromacierze białkowe są alternatywną metodą w analizie profili białkowych 290
13.2. Identyfikacja białek, które oddziałują ze sobą 291
Identyfikacja par oddziałujących ze sobą białek 291
Identyfikacja składników kompleksów zbudowanych z wielu białek 294
Identyfikacja interakcji funkcjonalnych 295
Mapy interakcji białko–białko pokazują oddziaływania w proteomie 296
13.3. Synteza i degrada cja składników proteomu 298
Rybosomy są molekularnymi maszynami wytwarzającymi białka 298
Bakterie w czasie stresu inaktywują rybosomy, by zredukować swój proteom 300
Czynniki inicjacyjne pośredniczą w przebudowie proteomu eukariotycznego na dużą skalę 302
Translacja poszczególnych mRNA może być również regulowana specyficznie 303
Degradacja składników proteomu 304
13.4. Wpływ procesów dojrzewania białek na skład proteomu 305
Sekwencja aminokwasowa białka zawiera instrukcję jego fałdowania 305
Niektóre białka są aktywowane przez cięcie proteolityczne 308
Istotne zmiany w aktywności białka mogą wynikać z modyfikacji chemicznych 310
13.5. Wyjść poza proteom 312
Metabolom jest kompletnym zbiorem metabolitów występujących w komórce 312
Biologia systemów umożliwia opisanie aktywności komórki w sposób zintegrowany 313
Podsumowanie 316
Krótkie pytania otwarte 316
Pytania problemowe 317
Literatura uzupełniająca 317
Rozdział 14 319
Ekspresja genomu w kontekście komórek i organizmów 319
14.1. Odpowiedź genomu na sygnały zewnętrzne 319
Przesyłanie sygnału przez import zewnątrzkomórkowego związku sygnalizującego 320
Białka receptorowe przenoszą sygnały przez błony komórkowe 322
Niektóre szlaki przekazywania sygnału mają tylko kilka etapów między receptorem a genomem 323
Niektóre szlaki przekazywania sygnału mają wiele etapów między receptorem a genomem 324
Niektóre szlaki przekazywania sygnału działają za pośrednictwem przekaźników wtórnych 325
14.2. Zmiany w aktywności genomu prowadzące do różnicowania komórkowego 326
Niektóre procesy różnicowania obejmują zmiany w strukturze chromatyny 326
Typy płciowe drożdży są determinowane przez konwersję genu 327
Rearanżacje genomu są odpowiedzialne za różnorodność immunoglobulin i receptorów komórek T 329
14.3. Zmiany w aktywności genomu leżące u podstaw rozwoju 331
Bakteriofag λ: przełącznik genetyczny umożliwia dokonanie wyboru między alternatywnymi szlakami rozwojowymi 332
Sporulacja u Bacillus: koordynacja aktywności dwóch odrębnych typów komórek 333
Caenorhabditis elegans: podstawa genetyczna informacji pozycyjnej i określania losu komórek 336
Muszka owocowa: przekształcenie informacji pozycyjnej w plan segmentacji ciała 338
Udział genów homeotycznych jest uniwersalną cechą rozwoju wyższych eukariontów 340
Geny homeotyczne leżą również u podstaw rozwoju u roślin 341
Podsumowanie 342
Krótkie pytania otwarte 343
Pytania problemowe 343
Literatura uzupełniająca 344
Rozdział 15 345
Replikacja genomu 345
15.1. Topologia replikacji genomu 345
Struktura podwójnej helisy utrudnia proces replikacji 346
Doświadczenie Meselsona–Stahla dowiodło semikonserwatywności replikacji 347
Odkrycie topoizomeraz DNA pozwoliło na rozwiązanie problemu topologicznego 349
Wariacje na temat replikacji semikonserwatywnej 351
15.2. Faza inicjacji replikacji genomu 353
Inicjacja replikacji DNA w komórkach E. coli 353
Obszary inicjacji replikacji DNA w komórkach drożdży są równie dobrze poznane 354
Identyfikacja miejsc inicjacji replikacji DNA w komórkach wyższych eukariontów okazała się znacznie trudniejsza 355
15.3. Zjawiska zachodzące w obrębie widełek replikacyjnych 356
Polimerazy DNA to maszyny molekularne produkujące (i degradujące) DNA 356
Ograniczenia polimeraz DNA utrudniające replikację genomu 358
Do ukończenia replikacji nici opóźnionej konieczne jest połączenie fragmentów Okazaki 359
15.4. Terminacja replikacji genomu 361
Terminacja replikacji genomu E. coli zachodzi w ściśle określonym obszarze 362
Niewiele wiadomo o terminacji replikacji w komórkach eukariontów 363
W niektórych komórkach to telomeraza kończy replikację cząsteczek chromosomowego DNA 364
Wpływ długości telomerów na procesy starzenia komórkowego i nowotworzenia 367
Unikalne rozwiązanie problemu skracania telomerów w komórkach Drosophila 368
15.5. Regulacja replikacji genomu eukariotycznego 369
Replikacji genomu wymaga synchronizacji z cyklem komórkowym 369
Warunkiem przejścia punktu kontrolnego G1-S jest udzielenie miejscom inicjacji „licencji na replikację” 370
Nie wszystkie miejsca inicjacji replikacji są wykorzystywane jednocześnie 371
Komórka ma różne opcje na wypadek uszkodzenia genomu 373
Podsumowanie 373
Krótkie pytania otwarte 374
Pytania problemowe 375
Literatura uzupełniająca 375
Rozdział 16 377
Mutacje i naprawa DNA 377
16.1. Przyczyny mutacji 377
Błędy w replikacji są źródłem mutacji punktowych 378
Błędy w replikacji mogą też doprowadzić do mutacji typu insercji i delecji 379
Mutacje są również wywoływane przez mutageny chemiczne i fizyczne 382
16.2. Napra wa mutacji i innych typów uszkodzeń DNA 386
Systemy naprawy bezpośredniej wypełniają pęknięcia i korygują niektóre rodzaje modyfikacji nukleotydów 386
Wycinanie zasad naprawia wiele rodzajów uszkodzonych nukleotydów 387
Naprawa przez wycinanie nukleotydów koryguje bardziej rozległe uszkodzenia 389
Naprawa błędnie sparowanych nukleotydów poprawia błędy replikacji 390
Pęknięcia jedno- i dwuniciowe mogą być naprawiane 391
Uszkodzenia DNA mogą być pomijane podczas replikacji genomu 393
Defekty w naprawie DNA stanowią podłoże chorób człowieka, w tym nowotworów 394
Podsumowanie 394
Krótkie pytania otwarte 395
Pytania problemowe 396
Literatura uzupełniająca 396
Rozdział 17 399
Rekombinacja i transpozycja 399
17.1. Rekombinacja homologiczna 400
Modele rekombinacji homologicznej Hollidaya i Meselsona-Raddinga 400
Model pęknięć dwuniciowych w rekombinacji homologicznej 402
RecBCD jest najważniejszym szlakiem rekombinacji homologicznej u bakterii 403
E. coli może także przeprowadzać rekombinację homologiczną za pomocą szlaku RecFOR 404
Szlaki rekombinacji homologicznej u eukariontów 405
Główną rolą rekombinacji DNA jest naprawa DNA 406
17.2. Rekombinacja umiejscowiona 406
Bakteriofag λ wykorzystuje rekombinację umiejscowioną podczas cyklu lizogennego infekcji 406
Rekombinacja umiejscowiona jest pomocnym narzędziem w konstruowaniu roślin modyfikowanych genetycznie 407
17.3. Tran spozycja 408
Transpozycja replikatywna i konserwatywna transpozonów DNA 409
Retroelementy podlegają transpozycji replikatywnej za pośrednictwem kopii RNA 409
Podsumowanie 412
Krótkie pytania otwarte 413
Pytania problemowe 413
Literatura uzupełniająca 414
Rozdział 18 415
Drogi ewolucji genomów 415
18.1. Genomy: pierwsze
10 miliardów lat 415
Pierwsze systemy biochemiczne opierały się na RNA 415
Pierwsze genomy zbudowane z DNA 418
W jakim stopniu życie jest niepowtarzalne? 419
18.2. Ewolucja cora z bard ziej złożonych genomów 420
Sekwencje genomów kryją wiele śladów dawnych duplikacji genów 420
Duplikacja genu może zajść na skutek wielu różnych procesów 423
Możliwa jest też duplikacja całego genomu 424
W różnych genomach, w tym w genomie człowieka, można odnaleźć też ślady mniejszych duplikacji 428
Prokarionty i eukarionty mogą nabywać geny od innych gatunków 430
W ewolucji genomu następują również rearanżacje istniejących genów 431
Konkurencyjne hipotezy wyjaśniają pochodzenie intronów 433
Ewolucja epigenomu 435
18.3. Genomy: ostatnie 6 milionów lat 436
Genomy człowieka i szympansa są bardzo do siebie podobne 436
Paleogenomika pomaga zrozumieć niedawną ewolucję genomu człowieka 438
18.4. Genomy dziś: zróżnicowanie populacji 439
Pochodzenia HIV i AIDS 439
Pierwsze migracje ludzi z Afryki 440
Różnorodność genomów ułatwia uprawę roślin 442
Podsumowanie 444
Krótkie pytania otwarte 445
Pytania problemowe 445
Literatura uzupełniająca 445
Słowniczek 447
Indeks 445
