Krótkie wykłady. Biologia molekularna - ebook

PRZEDMOWA DO WYDANIA POLSKIEGO

Przedstawiamy Państwu nowe polskie wydanie podręcznika Biologia molekularna z serii Krótkie wykłady. Jest to tłumaczenie czwartej edycji BIOS Instant Notes in Molecular Biology autorstwa Alexandra McLennana, Andy’ego Batesa, Phila Turnera i Mike’a White’a, która ukazała się na rynku brytyjskim w 2013 roku.

Najnowsza wersja podręcznika ma zmieniony, bardziej przejrzysty układ treści i została uzupełniona o nowe informacje w niemal każdej sekcji, o czym bardziej szczegółowo piszą autorzy w przedmowie do wydania angielskiego. Biologia molekularna jest dyscypliną naukową, która rozwija się niezmiernie szybko. Rozwój ten najlepiej odzwierciedla ostatnia sekcja podręcznika, omawiająca genomikę funkcjonalną i nowe technologie w biologii molekularnej. Czytelnicy znajdą tam również wprowadzenie do nowo wyłaniającej się dziedziny biologii molekularnej, jaką jest biologia systemów. Ponieważ postęp dokonał się również od czasu, gdy powstała angielska wersja podręcznika, staraliśmy się wprowadzić uaktualnienia w polskim tłumaczeniu wszędzie tam, gdzie było to niezbędne (w formie przypisów tłumacza).

Oddajemy Państwu zaktualizowaną wersję popularnego podręcznika, który z pew-nością będzie przydatny nie tylko zainteresowanym biologią molekularną licealistom, studentom nauk biologicznych, medycznych i przyrodniczych, lecz także ich nauczycielom. Wydanie polskie jest również dopracowane pod względem językowym i redakcyjnym, za co składamy podziękowania redaktorkom Wydawnictwa Naukowego PWN, paniom Iwonie Pisiewicz i Katarzynie Włodarczyk-Gil.

Mirosława Dabert, Artur Jarmołowski, Katarzyna Nuc, Zofia Szweykowska-Kulińska

kwiecień 2021PRZEDMOWA DO WYDANIA CZWARTEGO

Niewiele jest dyscyplin naukowych, które rozwinęły się tak szybko, jak biologia molekularna w czasie od ostatniego wydania tego podręcznika. Dlatego nasze nadzieje pokładane w tym, że poprawki wprowadzone do poprzedniego wydania ułatwią wprowadzanie przyszłych zmian, były raczej naiwne. Poprawki i aktualizacje wprowadzone do czwartego wydania są znaczące i obejmują wszystkie sekcje i tematy, co odzwierciedla tempo rozwoju tych dziedzin. Pierwsze dwie sekcje trzeciego wydania zostały połączone i uproszczone, aby ograniczyć powielanie informacji z innych podręczników z serii Krótkie wykłady, podczas gdy pozostałe sekcje zostały zorganizowane na nowo i przebudowane w bardziej logiczny sposób. Stworzyło to przestrzeń do rozważenia postępów w takich dziedzinach jak sekwencjonowanie DNA następnej generacji i genomika, analiza globalnej ekspresji genów, regulatorowe RNA, proteomika, komórki macierzyste, biologia systemów i w wielu innych. Jedną z trudności było ustalenie, co należy pominąć, aby móc uwzględnić nowy materiał. W miarę jak wiedza się poszerza i rozwija technologia, a starsze podejścia eksperymentalne wychodzą z łask, wyzwaniem staje się utrzymanie czytelnika w stanie ekscytacji nowymi odkryciami i potęgą nowych metod przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającej ilości tradycyjnej wiedzy, aby umożliwić pełne zrozumienie tematu. Zdajemy sobie również sprawę, że jest to podręcznik wprowadzający, dlatego staraliśmy się unikać niepotrzebnej złożoności i szczegółów. Mamy nadzieję, że osiągnęliśmy nasze cele. Jak zawsze, jesteśmy bardzo wdzięczni wielu recenzentom, którzy zgłosili sugestie ulepszeń do poprzedniego wydania. Szczególnie jesteśmy wdzięczni Liz Owen i Vicki Noyes za ich cierpliwość i pełne zrozumienia podejście w trakcie recenzowania tego podręcznika.

Alexander McLennan, Andy Bates, Phil Turner i Mike WhiteWYKAZ SKRÓTÓW

+--------------------------------------+--------------------------------------+
| α -TIF | czynnik trans-indukujący α |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ADP | adenozyno-5’-difosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| AIDS | zespół nabytego niedoboru odporności |
| | (ang. acquired immunodeficiency |
| | syndrome) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ALV | ptasi wirus białaczki (ang. Avian |
| | leukosis virus) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| AMP | adenozyno-5′-monofosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| AP | miejsce apurynowe |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ARS | autonomicznie replikujące się |
| | sekwencje |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ATP | adenozyno-5’-trifosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| BAC | sztuczny chromosom bakteryjny (ang. |
| | bacterial artificial chromosome) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| BER | naprawa przez wycięcie zasady (ang. |
| | base excision repair) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| BLAST | algorytm służący do lokalnego |
| | przyrównywania sekwencji aminokwasów |
| | białek lub nukleotydów DNA (ang. |
| | Basic Local Alignment Search Tool) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| BRF | podjednostka TFIIIB homologiczna z |
| | TFIIB (ang. TFIIB-related factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| BSE | gąbczasta encefalopatia bydła (ang. |
| | Bovine Spongiform Encephalopathy) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| BUdR | bromodeoksyurydyna |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| bZIP | zasadowy zamek leucynowy (ang. basic |
| | leucine zipper) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| cAMP | cykliczny adenozynomono-fosforan |
| | (ang. cyclic adenosinemonophosphate) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CAP | białko aktywujące geny kataboliczne |
| | (ang. catabolite activator protein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| cDNA | DNA komplementarny do mRNA (ang. |
| | complementary DNA) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CFTR | regulator przewodnictwa błonowego w |
| | mukowiscydozie (ang. cystic fibrosis |
| | transmembrane conductance regulator) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CHEF | elektroforeza żelowa w pulsującym |
| | polu elektrycznym o stałej |
| | płaszczyźnie (ang. contour clamped |
| | homogenous electric field) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ChIP | immunoprecypitacja chromatyny (ang. |
| | chromatin immunoprecipitation) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CJD | choroba Creutzfeldta‒Jakoba (ang. |
| | Creutzfeldt‒Jakob disease) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CMP | cytydyno-5’-monofosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CRP | białkowy receptor cAMP (ang. cAMP |
| | response protein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CSF | czynnik 1 stymulujący wzrost kolonii |
| | (ang. colony stimulating factor-1) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| CTD | karboksylowa domena terminalna (ang. |
| | carboxyterminal domain) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Da | dalton |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dATP | 5’-trifosforan deoksyadenozyny |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dCTP | 5’-trifosforan deoksycytydyny |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ddNTP | dideoksynukleotyd |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dGDP | 5’-difosforan deoksyguanozyny (ang. |
| | deoxyguanosine 5’-diphosphate) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dGTP | 5’-trifosforan deoksyguanozyny |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| DNA | kwas deoksyrybonukleinowy |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| DNAza I | deoksyrybonukleaza I |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dNTP | 5’-trifosforan deoksyrybonukleozydu |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| DOP-PCR | reakcja PCR, w której stosuje się |
| | zdegenerowane startery |
| | oligonukleotydowe (ang. degenerate |
| | oligonucleotide primers) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| DSB | pęknięcia obu nici (ang. |
| | double-strand breaks) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| DSCAM | białko adhezyjne zespołu Downa (ang. |
| | down syndrom cell-adhesion molecule) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dsDNA | dwuniciowy DNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dsRNA | dwuniciowy RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| dTTP | 5’-trifosforan deoksytymidyny |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| EDTA | etylenodiaminotetraoctan sodu |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| EF | czynnik elongacyjny |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| eIF | czynnik inicjujący |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ENU | etylonitrozomocznik |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ER | retikulum endoplazmatyczne |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| eRF | czynnik uwalniający |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ES | zarodkowe komórki macierzyste (ang. |
| | embrionic stem) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ESI | jonizacja przez elektrorozpylanie |
| | (ang. electrospray ionization) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| EST | znaczniki sekwencji ulegających |
| | ekspresji (ang. expressed sequence |
| | tags) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ETS | zewnętrzne sekwencje transkrybowane |
| | (ang. external transcribed spacer) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| FADH | dinukleotyd flawinoadeninowy |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| FASTA | algorytm Fast-All |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| FIGE | elektroforeza żelowa w pulsującym, |
| | odwracanym polu elektrycznym (ang. |
| | field inversion gel electrophoresis) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| FISH | fluorescencyjna hybrydyzacja in situ |
| | (ang. fluorescent in situ |
| | hybridization) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| GFP | białko zielonej fluorescencji (ang. |
| | green fluorescent protein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| GMO | organizmy zmodyfikowane genetycznie |
| | (ang. genetically modified |
| | organisms) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| GST | transferaza S-glutationowa |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| GTP | guanozyno-5′-trifosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HAT | acetylotransferaza histonów |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HDL | lipoproteina o dużej gęstości (ang. |
| | high density lipoprotein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HIV | ludzki wirus niedoboru odporności |
| | (ang. human immunodeficiency virus) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HLH | motyw helisa–pętla–helisa (ang. |
| | helix‒loop‒helix) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| hnRNA | heterogenne jądrowe RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| hnRNP | heterogenne cząstki |
| | rybonukleoproteinowe |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HR | homologiczna rekombinacja |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HSP | białko szoku cieplnego |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HSV-1 | wirus opryszczki pospolitej 1 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| HSVTK | kinaza tymidynowa wirusa opryszczki |
| | pospolitej |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ICC | immunocytochemia |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ICE | enzym przekształcający |
| | interleukinę-1β |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IF | czynnik inicjujący (ang. initiation |
| | factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IgG | immunoglobulina G |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IHC | immunohistochemia |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Int | integraza |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IP | immunoprecypitacja |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| iPS | indukowane pluripotencjalne komórki |
| | macierzyste (ang. induced |
| | pluripotent stem cells) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IPTG | izopropylotiogalaktozyd |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IRE | element odpowiedzi na żelazo (ang. |
| | iron response element) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| IRES | wewnętrzne miejsce wiązania rybosomu |
| | (ang. internal ribosome entry site) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ISH | hybrydyzacja in situ (ang. in situ |
| | hybridization) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ISP | białko (sensor żelaza) (ang. iron |
| | sensing protein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ITS | wewnętrzne transkrybowane sekwencje |
| | (ang. internal transcribed spacer) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| kb | kilobajt |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| kDa | kilodalton |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| LINES | długie elementy rozproszone |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| lncRNA | długi niekodujący RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| LTR | długie powtórzenie końcowe (ang. |
| | long terminal repeat) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| LUCA | ostatni uniwersalny wspólny przodek |
| | (ang. last universal common |
| | ancestor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MALDI | laserowa desorpcja/jonizacja z |
| | wykorzystaniem matrycy (ang. |
| | matrix-assisted laser |
| | desorption/ionization) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MBP | białko wiążące maltozę |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MCS | miejsce wielokrotnego klonowania |
| | (ang. multiple cloning site) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MDa | megadalton |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MFC | wieloczynnikowy kompleks (ang. |
| | multifactor complex) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| miRNA | mikroRNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MMS | metylosulfonian metylu |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MMTV | mysi (retro) wirus raka sutka (ang. |
| | mouse mammary tumor virus) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| mRNA | informacyjny RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| MS | spektrometria mas |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NAD+ | dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ncRNA | niekodujący RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NER | naprawa przez wycięcie nukleotydu |
| | (ang. nucleotide excision repair) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NHEJ | niehomologiczne łączenie końców |
| | (ang. nonhomologous end joining) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NMD | degradacja zależna od obecności |
| | kodonu typu nonsens (ang. nonsense |
| | mediated decay) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NMN | mononukleotyd nikotynamidowy |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NMR | spektroskopia magnetycznego |
| | rezonansu jądrowego (ang. nuclear |
| | magnetic resonance) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| NTP | nukleozydo-5’-trifosforany |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| OE-PCR | nakładający się PCR (ang. overlap |
| | extension PCR) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| OMIM® | baza danych OMIM® (ang. Online |
| | Mendelian Inheritance in Man) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ORC | kompleks rozpoznający miejsce |
| | inicjacji replikacji (ang. origin |
| | replication complex) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ORF | otwarta ramka odczytu (ang. open |
| | reading frame) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PAGE | elektroforeza w żelu |
| | poliakryloamidowym (ang. |
| | polyacrylamide gel electrophoresis) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PAP | polimeraza poli(A) (ang. poly(A) |
| | polymerase) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PCNA | jądrowy antygen proliferujących |
| | komórek |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PCR | reakcja łańcuchowa polimerazy (ang. |
| | polymerase chain reaction) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PDGF | płytkowy czynnik wzrostu (ang. |
| | platelet-derived growth factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PFGE | elektroforeza żelowa w pulsującym |
| | polu elektrycznym (ang. pulsed field |
| | gel electrophoresis) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| piRNA | mały RNA występujący w kompleksach z |
| | białkami piwi |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PMF | odcisk palca masy peptydowej (ang. |
| | peptide mass fingerprint) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PPi | pirofosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| pre-mRNA | RNA będący bezpośrednim produktem |
| | transkrypcji u eukariontów |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| pri-miRNA | pierwotne transkrypty miRNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PTH | fenylotiohydantoina |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| qPCR | ilościowa reakcja łańcuchowa |
| | polimerazy (ang. quantitative |
| | polymerase chain reaction) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RACE | technika szybkiej amplifikacji |
| | końców cDNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RB1 | gen retinoblastoma |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RBS | miejsce wiązania rybosomu (ang. |
| | ribosome-binding site) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RF | czynniki uwalniające (ang. release |
| | factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RFLP | polimorfizm długości fragmentów |
| | restrykcyjny (ang. restriction |
| | fragment length polymorphism) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RFP | czerwone białko fluorescencyjne |
| | (ang. red fluorescent protein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RISC | kompleks wyciszający zależny od RNA |
| | (ang. RNA-induced silencing complex) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RITS | kompleks wyciszający transkrypcję |
| | zależny od RNA (ang. RNA-induced |
| | transcriptional silencing) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RNA | kwas rybonukleinowy |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RNA Pol I | polimeraza RNA I |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RNA Pol II | polimeraza RNA II |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RNA Pol III | polimeraza RNA III |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RNAi | interferencja RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RNP | rybonukleoproteina |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ROS | reaktywny związkek tlenu |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RP-A | białko replikacyjne A |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RRF | czynnik odzyskiwania rybosomu (ang. |
| | ribosome recycling factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| rRNA | rybosomowy RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RT | odwrotna transkryptaza (ang. reverse |
| | transcriptase) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| RT-PCR | reakcja łańcuchowa polimerazy z |
| | odwrotną transkrypcją (ang. |
| | reverse-transcription polymerase |
| | chain reaction) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SCID | ciężki złożony niedobór odporności |
| | (ang. severe combined |
| | immunodeficiency) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SCNT | transfer jądra komórki somatycznej |
| | (ang. somatic cell nuclear transfer) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SDS | dodecylosiarczan sodu (ang. sodium |
| | dodecyl sulfate) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SDS-PAGE | elektroforeza w żelu |
| | poliakryloamidowym zawierającym |
| | dodecylosiarczan sodu(ang. |
| | polyacrylamide gel electrophoresis) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SECIS | sekwencja wprowadzająca |
| | selenocysteinę (ang. selenocysteine |
| | insertion sequence) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SILAC | znakowanie aminokwasami |
| | wyznakowanymi izotopami stabilnymi |
| | (ang. stable isotope labeling with |
| | amino acids in cell culture) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| siRNA | krótki RNA odpowiedzialny za |
| | interferencję RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SL1 | selekcyjny czynnik 1 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| snoRNA | mały jąderkowy RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SNP | polimorfizm pojedynczych nukleotydów |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| snRNA | mały jądrowy RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| snRNP | mała jądrowa cząstka |
| | rybonukleoproteinowa |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| sRNA | mały RNA u bakterii |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SRP | cząstka rozpoznająca sygnał (ang. |
| | signal recognition particle) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Ssb | białko wiążące jednoniciowy DNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SSB | pęknięcie jednej nici (ang. single |
| | strand break) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SSCP | polimorfizm konformacji pojedynczych |
| | nici |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| ssDNA | jednoniciowy DNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SSLP | polimorfizm długości pojedynczej |
| | sekwencji |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| STR | krótkie powtórzenia tandemowe (ang. |
| | short tandem repeats) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| SV40 | małpi wirus 40 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| TAF | czynnik towarzyszący TBP (ang. |
| | TBP-associated factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| TBP | białko wiążące kasetę TATA (ang. |
| | TATA box binding protein) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| TdT | terminalna transferaza |
| | deoksynukleotydowa |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| TLS | synteza ponad miejscem uszkodzenia |
| | (ang. translesion DNA synthesis) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Tm | temperatura topnienia |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| tmRNA | transportująco-informacyjny RNA |
| | (ang. transfer-messenger RNA) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| TOF | analizator czasu przelotu (ang. |
| | time-of-flight) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| TRIS | (hydroksymetylo)aminometan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| tRNA | transportujący RNA |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| UBF | czynnik wiążący się z elementem UCE |
| | (ang. upstream binding factor) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| UCE | element kontrolny położony powyżej |
| | miejsca startu transkrypcji (ang. |
| | upstream control element) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| URE | element regulatorowy położony |
| | powyżej genu (ang. upstream |
| | regulatory element) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| UTP | urydynotrifosforan |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| UTR | rejon nieulegający translacji (ang. |
| | untranslated region) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| UV | promieniowanie ultrafioletowe |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| VNTR | tandemowe powtórzenia o zmiennej |
| | liczbie powtórzeń |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| X-gal | 5-bromo-4-chloro-3-indolilo-α-D-tiog |
| | alaktopiranozyd |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Xist | specyficzny transkrypt inaktywujący |
| | chromosom X (ang. X-inactive |
| | specific transcript) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| XP | skóra pergaminowata i barwnikowa |
| | (Xeroderma pigmentosum) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| XP-V | wariant xeroderma pigmentosum |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| YAC | sztuczny chromosom drożdżowy (ang. |
| | yeast artificial chromosome) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| YEp | episomalny plazmid drożdżowy (ang. |
| | yeast episomal plasmid) |
+--------------------------------------+--------------------------------------+A1
Przetwarzanie informacji i biologia molekularna

Hasła

Dogmat biologii molekularnej

Główny dogmat biologii molekularnej stanowi, że „z DNA powstają cząsteczki RNA, z których powstają białka”, co zachodzi poprzez, odpowiednio, procesy transkrypcji i translacji. Zasadniczo stwierdzenie to jest poprawne, choć istnieje wiele przykładów, które częściowo temu zaprzeczają. Retrowirusy przepisują RNA na DNA, inne wirusy, replikując swój genomowy RNA, syntetyzują bezpośrednio nowe kopie RNA, a wiele organizmów może redagować sekwencję informacyjnego RNA w taki sposób, że jego sekwencja nie odzwierciedla bezpośrednio sekwencji kodującego ją DNA.

Technologia rekombinacji DNA

Sekwencjonowanie i możliwość manipulowania sekwencjami genomów mikroorganizmów, zwierząt i roślin znacznie poszerzyły nasze rozumienie biologii komórki. Otrzymywanie organizmów transgenicznych niosących DNA z innych źródeł znalazło wiele zastosowań w medycynie, rolnictwie i przemyśle. Możliwość syntetyzowania całych genomów doprowadzi do jeszcze bardziej spektakularnego postępu w tych obszarach.

----------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------
Tematy pokrewne Budowa i funkcje kwasów nukleinowych (A2) Transkrypcja u eukariontów (Sekcja H)

Budowa i funkcje białek (A3) Kod genetyczny i tRNA (Sekcja K)

Transkrypcja u bakterii (Sekcja F) Synteza białka (Sekcja L)
----------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------

Dogmat biologii molekularnej

Biologia molekularna zajmuje się badaniem reakcji chemicznych i oddziaływań międzycząsteczkowych na poziomie molekularnym w odniesieniu do określonych funkcji biologicznych. Z tego względu obszar badań biologii molekularnej pokrywa się z obszarem badań z zakresu biochemii i genetyki. Często uważa się, że biologia molekularna zajmuje się głównie podstawami strukturalnymi i kontrolą przetwarzania informacji genetycznej w komórce, w tym technologiami niezbędnymi do badania cząsteczek i procesów związanych z przepływem informacji genetycznej. Dzięki pionierskim badaniom Avery’ego, MacLeoda, McCarty’ego, Hersheya i Chase’a prowadzonym w latach czterdziestych i pięćdziesiątych ubiegłego wieku wiemy dziś, że instrukcja genetyczna dotycząca budowy komórki znajduje się w jądrze w formie liniowej sekwencji zasad długiego chemicznego polimeru kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Następnie, w 1953 roku, Crick i Watson zaproponowali słynny model struktury DNA w formie podwójnej helisy, który wyjaśniał, jak informacja genetyczna jest przechowywana i przekazywana następnym pokoleniom. Przedstawiając, jak komórki wykorzystują instrukcję zakodowaną w genomie zbudowanym z DNA, Crick zasugerował, że istnieje jednokierunkowy przepływ informacji genetycznej z DNA poprzez cząsteczkę pośredniczącą, kwas rybonukleinowy (RNA), do białka. Innymi słowy, „z DNA powstają cząsteczki RNA, z których tworzą się białka”. Schemat ten, zaproponowany w czasach, gdy nie było eksperymentalnych dowodów na istnienie tego przepływu, stanowi dogmat biologii molekularnej. Obecnie wiemy, że w szerokim znaczeniu dogmat ten jest słuszny, chociaż musimy wprowadzić kilka modyfikacji w oryginalnym schemacie. Na rys. 1 przedstawiono schematyczną wersję przepływu informacji genetycznej. Główny szlak prowadzi od DNA poprzez RNA do białka i dotyczy również DNA zawartego w małych, niezależnych genomach mitochondrialnych i chloroplastowych. We wszystkich komórkach w DNA można wyróżnić jednostki kodujące (geny), które zawierają informację o budowie indywidualnych białek. Ten DNA jest przepisywany, czyli transkrybowany (patrz Sekcje F i H), na cząsteczkę RNA (informacyjny RNA, mRNA), która zawiera tę samą informację zapisaną w sekwencji nukleotydowej. Transkrypty można postrzegać jako „robocze” kopie oryginalnych genów znajdujących się w genomie. Następnie informacja z RNA jest tłumaczona, czyli ulega translacji (patrz Sekcja L), na sekwencję aminokwasową białka zgodnie z zasadami kodu genetycznego (patrz temat K1). Wszystkie te procesy, niezbędne do tego, by rozszyfrować informację genetyczną i uzyskać ostateczny produkt – funkcjonalną cząsteczkę – nazywamy ekspresją genów. Do schematu przedstawionego na rys. 1 możemy również włączyć replikację DNA (patrz Sekcja D), która, przez powielanie informacji w rodzicielskim DNA, prowadzi do powstania dwóch potomnych cząsteczek DNA w celu przepływu i zachowania informacji z pokolenia na pokolenie.

Rys. 1. Przepływ informacji genetycznej

Odkryto jednak pewne wyjątki od ogólnego schematu. Wiele cząsteczek RNA nie ulega translacji do białka, lecz działa jako funkcjonalne cząsteczki RNA (patrz tematy I2, L4 i Sekcja J). Ich geny można nazwać genami RNA. Wiele wirusów ma genomy złożone z cząsteczki RNA (patrz temat M4). U retrowirusów, do których zalicza się ludzki wirus niedoboru odporności (HIV, ang. human immunodeficiency virus), powodujący zespół nabytego niedoboru odporności (AIDS), jednoniciowa cząsteczka RNA jest przepisywana na dwuniciową kopię DNA, która następnie zostaje wprowadzona do genomu komórki gospodarza. Proces ten nazwano odwrotną transkrypcją. Znanych jest również wiele wirusów, których genom RNA jest kopiowany wprost na RNA, bez użycia DNA jako cząsteczki pośredniczącej (replikacja RNA) (patrz temat M4). Przykładami mogą być wirus grypy i wirus zapalenia wątroby typu C. Jak dotąd nie istnieją żadne przykłady białek, które byłyby zdolne do kodowania specyficznej sekwencji RNA lub DNA. Z tego powodu etap translacji w dogmacie biologii molekularnej wydaje się jednokierunkowy. W niektórych organizmach można znaleźć przykłady na to, że sekwencja informacyjnego RNA zostaje zmieniona po przepisaniu jej z DNA w procesie określanym jako redagowanie RNA (ang. RNA editing). Znane są przykłady, głównie wśród eukariontów, gdzie sekwencja RNA ulega zmianie po przepisaniu jej z DNA i żaden jej produkt białkowy, jeśli był to mRNA, nie odpowiada już dokładnie sekwencji DNA (patrz temat J4).

Podstawę dyskusji nad przepływem informacji genetycznej opisanej w tym podręczniku stanowi klasyfikacja biologiczna przyporządkowująca organizmy do jednej z trzech domen życia. W klasyfikacji tej ostatni uniwersalny wspólny przodek (LUCA, ang. last universal common ancestor) wszystkich organizmów najpierw rozdzielił się na dwie linie ewolucyjne prowadzące do bakterii i wspólnego przodka archeowców i eukariontów, które podzieliły się później. Bakterie i archeowce są prokariotyczne, czyli nie mają jądra. Jednak pod wieloma względami archeowce mają więcej cech wspólnych z jądrzastymi eukariontami. Większość przykładów opisanych w tym podręczniku dotyczy bakterii i eukariontów.

Technologia rekombinacji DNA

Główny postęp w biologii molekularnej stał się możliwy w późnych latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy to rozwinięto techniki rekombinacji DNA (inżynierię genetyczną). Techniki te umożliwiły izolację, sekwencjonowanie, modyfikowanie oraz przenoszenie genów z jednego organizmu do drugiego i miały najważniejsze znaczenie dla naszego zrozumienia funkcjonowania komórki. Poza tym mikroorganizmy transgeniczne, uzyskiwane w ten sposób, są obecnie powszechnie wykorzystywane do produkcji na dużą skalę ludzkich terapeutyków, podczas gdy transgeniczne zwierzęta i rośliny mają ogromny potencjał zwiększania zakresu pożytecznych produktów, tak by można było uzyskać odmiany o lepszych parametrach wzrostu, odporności na choroby, a także tworzyć zwierzęce modele ludzkich chorób (patrz temat S5). Trwała korekcja choroby genetycznej poprzez terapię genową jest dzisiaj również realistycznym rozwiązaniem. W ostatnich latach znakomicie rozwinęły się technologie sekwencjonowania DNA, a koszty sekwencjonowania bardzo szybko maleją. Daje to nadzieję, że już wkrótce będzie możliwe sekwencjonowanie całych genomów poszczególnych osób, co pozwoli szacować podatność na choroby i wprowadzić takie analizy jako element podstawowej opieki zdrowotnej. Możemy syntetyzować nowe geny i składać je w kompletne genomy. W 2010 roku J. Craig Venter wraz ze współpracownikami odtworzyli kompletny genom małej bakterii, mykoplazmy, wprowadzili go do „pustej” komórki, pozbawionej własnego genomu, odtwarzając w ten sposób funkcjonujący organizm (patrz temat S7). Wprowadzona cząsteczka DNA miała pewne nowe właściwości, torując tym samym drogę do tworzenia „sztucznego życia”, organizmów „na zamówienie”, zawierających sztuczne genomy i zdolnych do pełnienia nowych biochemicznych funkcji, które nie istniały do tej pory w organizmach naturalnych, w celu wyprodukowania nowych leków, paliw i innych produktów. Można śmiało stwierdzić, że biologia molekularna i technologie genetyczne odgrywają kluczową rolę w postępie medycyny, weterynarii, rolnictwa i przemysłu biotechnologicznego, a obecnie muszą sprostać wyzwaniom XXI wieku, takim jak zdrowie na świecie, zmiany klimatyczne i bezpieczeństwo żywności.