Molecular Biology in a Nutshell (via UCSC Genome Browser) - - PowerPoint PPT Presentation

Molecular ¡Biology ¡in ¡a ¡Nutshell ¡ ¡ (via ¡UCSC ¡Genome ¡Browser) ¡

02-­‑223 ¡Personalized ¡Medicine: ¡ Understanding ¡Your ¡Own ¡Genome ¡ Fall ¡2014 ¡

DNA ¡

• Double-­‑stranded ¡

helix ¡made ¡up ¡of ¡ the ¡nucleoFdes ¡A, ¡ C, ¡G, ¡and ¡T ¡

• Sugar ¡in ¡its ¡

nucleoFdes ¡is ¡ deoxyribose ¡

• NucleoFdes ¡form ¡

A–T ¡and ¡G–C ¡base ¡ pairs ¡across ¡the ¡ helix ¡

Central ¡Dogma: ¡How ¡the ¡InformaBon ¡in ¡DNA ¡is ¡ Expressed ¡

DNA ¡(Sequence ¡of ¡

A, ¡T, ¡C, ¡G’s) ¡ (Sequence ¡of ¡A, ¡U, ¡C, ¡ G’s) ¡ Gene ¡ TranscripFon ¡

Protein ¡

(Sequence ¡of ¡amino ¡ acids) ¡ TranslaFon ¡ Nearly ¡universal ¡ across ¡all ¡species! ¡

Genes ¡

• In ¡the ¡recent ¡human ¡Encyclopedia ¡of ¡DNA ¡elements ¡(ENCODE) ¡

project ¡

– ~20,000 ¡protein-­‑coding ¡genes ¡were ¡studies, ¡which ¡covers ¡2.94% ¡of ¡the ¡ genome ¡ – Non-­‑protein ¡coding ¡regions ¡of ¡the ¡genome? ¡

• >80% ¡of ¡the ¡genome ¡is ¡funcFonal ¡as ¡regulatory ¡sequences, ¡based ¡
• n ¡the ¡analysis ¡of ¡ENCODE ¡data ¡

h_p://www.nature.com/encode/#/threads ¡

RNA ¡

• RNA ¡is ¡similar ¡to ¡DNA, ¡except ¡that: ¡

– it ¡is ¡usually ¡single-­‑stranded ¡ ¡ – Sequence ¡of ¡A, ¡U, ¡C, ¡G ¡

• it ¡has ¡U ¡in ¡place ¡of ¡T, ¡compared ¡to ¡DNA ¡

– the ¡sugar ¡in ¡RNA ¡nucleoFdes ¡is ¡ribose ¡instead ¡of ¡deoxyribose ¡ – Protein-­‑coding ¡RNA: ¡mRNA ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Non-­‑protein-­‑coding ¡RNA ¡

TranscripBon ¡ ¡

• TranscripFon ¡begins ¡with ¡

binding ¡by ¡RNA ¡ polymerase ¡at ¡a ¡promoter ¡ region ¡of ¡DNA. ¡

• The ¡σ ¡subunit ¡is ¡

responsible ¡for ¡promoter ¡ recogniFon ¡(in ¡bacteria). ¡

• Once ¡iniFaFon ¡has ¡been ¡

completed ¡with ¡the ¡ synthesis ¡of ¡the ¡first ¡8–9 ¡ nucleoFdes, ¡sigma ¡(σ) ¡ dissociates ¡and ¡elongaFon ¡ proceeds ¡with ¡the ¡core ¡

• enzyme. ¡

Prokaryote ¡vs ¡Eukaryote ¡Genomes ¡

• EukaryoFc ¡mRNAs ¡require ¡processing ¡to ¡produce ¡mature ¡
• mRNAs. ¡

– Introns ¡(intervening ¡sequences) ¡are ¡regions ¡of ¡the ¡iniFal ¡RNA ¡transcript ¡ that ¡are ¡not ¡expressed ¡in ¡the ¡amino ¡acid ¡sequence ¡of ¡the ¡protein. ¡ – Introns ¡are ¡removed ¡by ¡splicing ¡and ¡the ¡exons ¡(expressed) ¡are ¡joined ¡ together ¡in ¡the ¡mature ¡mRNA. ¡ ¡

• The ¡size ¡of ¡the ¡mature ¡mRNA ¡is ¡usually ¡much ¡smaller ¡than ¡

that ¡of ¡the ¡iniFal ¡RNA. ¡

• Prokaryote ¡genomes ¡do ¡not ¡have ¡introns ¡

Splicing ¡out ¡the ¡Introns ¡

TranscripBon ¡in ¡Eukaryotes: ¡Introns ¡and ¡Exons ¡

TranscripBon ¡in ¡Eukaryotes: ¡Introns ¡and ¡Exons ¡

Transcription Has Been Visualized by Electron Microscopy ¡

Central ¡Dogma ¡

Central ¡Dogma ¡

RNA ¡derived ¡from ¡complementary ¡ bases ¡in ¡DNA ¡ In ¡mRNA, ¡triplet ¡codons ¡specify ¡1 ¡amino ¡acid ¡

GeneBc ¡Code ¡for ¡TranslaBon ¡

• GeneFc ¡code ¡is ¡

degenerate, ¡with ¡many ¡ amino ¡acids ¡specified ¡by ¡ more ¡than ¡one ¡codon. ¡

• Only ¡tryptophan ¡and ¡

methionine ¡are ¡encoded ¡ by ¡a ¡single ¡codon. ¡

• The ¡geneFc ¡code ¡shows ¡
• rder ¡in ¡that ¡chemically ¡

similar ¡amino ¡acids ¡oeen ¡ share ¡one ¡or ¡two ¡middle ¡ bases ¡in ¡the ¡triplets ¡ encoding ¡them. ¡

IniBator ¡and ¡TerminaBon ¡Codons ¡

• TerminaBon ¡codons: ¡UAG, ¡UAA, ¡and ¡UGA ¡do ¡not ¡code ¡for ¡any ¡

amino ¡acid. ¡

• IniBator ¡codon: ¡AUG ¡is ¡the ¡only ¡codon ¡to ¡encode ¡for ¡
• methionine. ¡

Synonymous ¡and ¡Nonsynonymous ¡MutaBons ¡

• Synonymous ¡mutaFons: ¡mutaFons ¡that ¡does ¡not ¡cause ¡the ¡

protein ¡code ¡to ¡change ¡

• Nonsynonymous ¡mutaFons: ¡mutaFons ¡that ¡cause ¡the ¡protein ¡

code ¡to ¡change ¡

Summary ¡

• Central ¡dogma ¡

– TranscripFon ¡of ¡DNA ¡to ¡mRNA ¡ – TranslaFon ¡of ¡mRNA ¡to ¡proteins ¡

• Introns/Exons ¡in ¡eukaryote ¡genomes ¡