Textbook Notes (368,434)
United States (206,040)
Biology (199)
BIOL 2299 (6)

Unit 4.docx

13 Pages
Unlock Document

BIOL 2299
Gail Begley

Jonathan Olson Unit 4 22 September 2013 4 – Viruses • Virus – nucleic acids contained in a protein coat • Bacteriophages (phages) – viruses that infect bacteria o Most widespread of all viruses • Four morphological categories 1. Spherical 2. Helical 3. Icosahedral – 20 triangular faces a. Compact and very stable 4. Complex • Capsid – virus’ protein coat o Many repeating units of just a few proteins • Viral envelope – made of viral glycoproteins, but contains lipids acquired from the cellular or  intracellular membranes of the host cell o Enhances binding to hosts o The glycoprotein spikes on the surface help the virus identify and bind to receptor sites • Contains either DNA or RNA, not both o Can be: double stranded DNA, single­stranded DNA, double­stranded RNA, or single­stranded  RNA o Strands of DNA or RNA are either circular or linear  o RNA may be   Positive – they can be translated directly into protein)  Negative – they cannot be translated directly but require additional steps o Some strands, especially negative, single­stranded RNA, are segmented  A segmented genome is divided into separated parts, with each part generally containing  a single gene • Viruses evolve with their hosts o Through natural selection • Viroids – a type of virus that contains nucleic acid but no capsid o Consist solely of small circles of RNA that are only a few hundred nucleotides long • Retroviruses – enveloped viruses that contain single­stranded RNA molecules and an enzyme called  reverse transcriptase, which they use to convert RNA to DNA • It is speculated that some of the “noncoding” parts of human DNA actually serve as a defense against  retroviruses • Retroviruses produce DNA that is susceptible to high mutation levels because of errors introduced  during the action of reverse transcriptase • Viral Replication Cycle 1. Attachment – uses proteins to fit like a key, so that they are generally very specific in the species  and cell type that they will invade 2. Entry – Some viruses will fuse with the membrane but leave their envelopes behind as the  nucleocapsid enters the host cell. Many naked (unenveloped) viruses are engulfed within the cell  by endocytosis, while some, such as bacteriophages, merely sit on the surface of the cell and use  their tails to inject their DNA 3. Uncoating – For those that enter the cell with their capsids intact, the capsid must be degraded  (usually by the host cell enzymes) so it can release the nucleic acids inside [Type text] [Type text] [Type text] 4. Synthesis – The hijacked host cell copies the genome of a DNA virus using the cell’s DNA  polymerase, but RNA viruses provide their own polymerase  5. Assembly/Maturation – The viral components spontaneously self­assemble and mature into new,  infectious entities 6. Release – the virus leaves the cell, by lysing the cell or by budding • Virulent viruses – when there is a little delay between infection and cell destruction or damage o Sometimes, the delay is indefinite, as in many bacteriophages • Lytic cycle – results in immediate death through lysis of the cell • Lysogenic cycle – when the viral genome incorporates itself in a bacterial host’s chromosomes early in  the infection process and remains dormant until continuing the lytic cycle later o No bacteriophage takes up permanent residence in a bacterial genome o The cell will continue to function until it is affected by an outside force, such as UV radiation  This triggers the virus to continue the lytic cycle o Called temperate phages  A temperate phage that is silently harbored within a bacterial genome is called a prophage • Defenses o Viral receptor proteins on the surface of bacteria may change to disallow viral binding o Restriction enzymes inside the cell may cut up the phage DNA Viral infections in animals and plants • Many animal viruses tend to be surrounded by an envelope: bacteriophages tend to be naked, as are most  plant viruses • Most animal viruses enter cells with their capsids intact • Many animal viruses exit the cell by budding, during which they acquire lipids for their envelope from  the membranes o Does not destroy the cell • Plant viruses are spread from cell to cell via membrane channels as whole virions • Many animal and plant viruses are made of single­stranded RNA • Positive­sense RNA ­ in many cases, the RNA of the virus serves as the mRNA that can be directly  translated • Negative­sense RNA ­ In other cases, the RNA serves instead as the template for the production of  mRNA o It must be made readable; it must be transcribed by a polymerase into the complementary RNA  (cRNA), which then serves as the mRNA for translation  Because the cells do not contain the polymerase that enables the RNA to make a reverse  copy of itself, the virus supplies this polymerase, called RNA­dependent RNA  polymerase • Inapparent infection – the body mounts an immune response, but no symptoms appear • Conservation medicine (also called environmental medicine) – explores the relationship between human  and animal health DNA • Mendel determined that the vessel of heredity was some “heritable factor”, as his pea studies led him to  conceptualize such a factor, yet did not know specifically of genes • Scientists determined that chromosomes were these “heritable factors”, as they noticed the fluctuation of  DNA content from diploid germ cells to haploid gametes, back to a diploid zygote. This showed them  Jonathan Olson Unit 4 22 September 2013 that each parent was passing on one chromosome to give the child the 50/50 genes from the father and  mother • Thomas Hunt Morgan used fruit flies to show that chromosomes carry genetic information. He also  showed that genes are located at certain spots on certain chromosomes (loci) o He saw that only males had white eyes, so that gene must be located on the sex chromosome, Y,  to only affect males • Scientists thought that maybe proteins were the vessels of genetic information, as they showed that DNA  was both nucleic acid and proteins • Griffith mixed boiled viruses and non­virulent viruses, and the viruses affected the mice, so that he  showed that the living viruses took up the dangerous DNA of the deceased viruses • Transforming principle – the idea that the living viruses took up the deceased viral DNA, and passed it  onto its daughters • Denatured DNA may “renature” • Transformation – the assimilation of DNA by a cell • Bioassay – a method used to determine the potency or biological activity or a substance by testing its  effects on living organisms and comparing those effects with those of a know standard • Isotope – an element with a varied number of neutrons • Chargaff’s rules ­ A to T, C to G • Purine only bind to pyrimidines, because they are different sizes, and their pairing would produce a helix  of varied width • 5’ – Carbon atom of the sugar group • 3’ – Side begins with a free hydroxyl group attached to the 3’ carbon atom of a sugar group 49 Gene Expression • Gene expression – the transcription of info encoded in a gene into RNA and the translation of the RNA  into a polypeptide chain • Transcription unit – the stretch of DNA that is transcribed into RNA o In prokaryotes – may contain multiple genes o In eukaryotes – contains one gene • RNA polymerase adds nucleotides to the 3’ end of the growing strand • Initiation site – the place in the DNA where RNA synthesis actually begins • Promoter – where the polymerase binds o Is located about 100 nucleotides upstream of the transcription initiation site o In eukaryotes, contains the TATA box  Mostly T’s and A’s  Located about 25 nucleotides above the initiation site  Recognized by the transcription factors, which bind to the promoter • This is recognized by the polymerase, and it binds to these • May increase or decrease transcription, by binding to specific sequence  • May allow cells to express different combinations of genes • In eukaryotic organisms, combinatorial transcription factors often work together  to create a “cascade” effect on gene regulation, where the presence of small  amounts of one protein may trigger increased levels of a second protein and still  higher levels of a third protein [Type text] [Type text] [Type text] • In prokaryotes, a single protein is often able to regulate the types of complex  cascades seen in eukaryotes o Transcription begins when the polymerase is bound o Primary transcript – the RNA strand transcribed from a gene  This is before modification • First level of chromatin structure – (nucleosome) A DNA segment is wound around a protein core  containing two copes of each type of histone (H2A, H2B, H3, and H4) o Affect the ability of transcription factor to bind, limiting expression • Stop codons: UAA UAG UGA • Start codon: AUG (Methionine) • Aminoacyl­tRNA synthetase – an enzyme that helps attach amino acids to tRNA o Specific to both amino acids and tRNA • There is at least one type of tRNA corresponding to each amino acid o Carries an amino acid on its 3’ end • Composition of prokaryotic ribosomes – 3 different rRNA molecules and over 50 proteins • Composition of eukaryotic ribosomes – 4 different rRNA molecules and over 80 proteins • Ribosomes facilitate the pairing of tRNA and mRNA and the synthesis of a polypeptide • Gene regulation – the way in which gene expression is controlled o May occur at various steps during the production of polypeptides, but it often takes place during  transcription • Regulation may also occur post­transcription by limiting the amount of mRNA that is translated, or by  limiting the transcription process itself o Tight coiling prevents transcription o Senescence, or aging, occurs in some cells, due to selective changes in the binding properties of  transcription factors and because of changes in expression levels related to the aging process • Epigenetic factors – marks on in the DNA of both sperm and eggs regulate what genetic information is  passed on to the zygote • Epigenetics – the study of heritable changes in gene expression by factors that are not die to change in  the sequence of the DNA o Ex: methylation  Blocks sites for transcription factors, resulting in reduced or undetectable levels of  transcription  May lead to disease, such as cancer o Histone modifications may act as epigenetic factors when they regulate gene expression • Temperature, light, and diet are able to affect gene expression and phenotypes 50 Transcription • Differences between DNA transcription and replication: 1. Only one strand of the DNA is used as a template to create the RNA molecule a. This is the template strand. The other strand is the non­template or coding strand i. Its called the coding strand because its sequence will match the sequence of the  newly created RNA strand 2. RNA polymerase vs. DNA polymerase a. RNA polymerase I – transcribe genes that code for the large RNA molecules, rRNA b. RNA polymerase II – transcribes protein­coding genes and creates messenger RNA  mRNA Jonathan Olson Unit 4 22 September 2013 c. RNA polymerase III – transcribes genes that code for transfer RNAs  d. RNA polymerase does not need a primer to start transcription e. The stretch of DNA that is transcribed into RNA is known as the transcription unit 3. Transcription has three unique phases: a. Initiation – RNA polymerase binds with the DNA and the DNA unwinds b. Elongation – RNA polymerase moves along the DNA template and creates the RNA  transcript c. Termination – occurs when the RNA polymerase reaches the termination site and the  RNA transcript is released 4. Transcription requires a promoter a. At the transcription initiation site or the transcription +1 site b. The promoter also tells RNA polymerase which DNA strand to use as a template Differences in transcription between prokaryotes and eukaryotes • The sequences of eukaryotic promoters are more complex than those of prokaryotes • Eukaryotes use enhancer sequences, which increase the efficiency of transcription initiation of the  corresponding gene • Enhancer may be located hundreds or thousands of bas pairs from the promoter and are brought to the  promoter by DNA looping • Activators – proteins that facilitate looping • Repressors – proteins that inhibit looping • Basal transcription factors – proteins that help RNA polymerase bind to the DNA. o These proteins assemble at the promoter first and then RNA polymerase binds to form what is  known as the transcription initiation complex • The DNA helix unwinds when the holoenzyme (in prokaryotes) or the transcription initiation complex  (in eukaryotes) is bound to the promoter o It unwinds approximately 13 base pairs at a time • Elongation begins after initiation is complete, at 200 base pairs • In prokaryotes, promoters are between 40­50 base pairs long and the include a six­base­pair sequence  identical or similar to TATAAT o This sequence is located approximately 10 base pairs upstream from the +1 site and is known as  the ­10 box o A second key sequence, TTGACA, occurs 35 base pairs upstream from the +1 site, and is  therefore called the ­35 box o While most prokaryotic promoters include a ­10 box and a ­35 box, the promoter sequences  outside of these regions vary widely • Other factors required for transcription, other than RNA polymerase o In prokaryotes, a protein subunit called σ binds to the core RNA polymerase to create what is  known as a holoenzyme  It is the σ portion of the holoenzyme that binds to the promoter to initiate transcription  There are a variety of σ proteins, each with a slightly different structure  By pairing with different σ proteins, RNA polymerase may bind to different promoters  The genes transcribed by the holoenzyme are dependent on which σ protein is present in  the holoenzyme o If the ­12 box changed, then σ would not be able to bind to the promoter region and transcription  would not occur [Type text] [Type text] [Type text] • RNA polymerase catalyzes the formation of phosphodiester bonds between the nucleotides • A single gene may produce many RNA transcripts at the same time o Once one RNA polymerase molecule begins the elongation phase, initiation may occur with  another RNA polymerase molecule • Termination occurs once RNA polymerase reaches a specific sequence on the DNA template. In  bacteria, one type of terminator sequence codes for a stretch of RNA that, once transcribed, creates a  hairpin by folding back upon itself. The short hairpin is created by base pairing of complementary bases  in the DNA, and this structure combined with the weak base pairing of downstream Us on the RNA and  As on the DNA disrupts the association between the RNA polymerase and the RNA transcript • In eukaryotes, termination occurs once a sequence called a polyadenylation signal (AAUAAA) is  transcribed. Once RNA polymerase reaches 10­35 base pairs downstream from a polyadenylation signal,  the transcript is released from RNA polymerase • Initiation – RNA polymerase and additional factors bind to the DNA and unwind it to access the  template strand of DNA • Elongation – RNA polymerase adds monomers to the growing RNA strand • Termination – the disruption of the association between RNA polymerase, the RNA transcript, and the  DNA template • Bacterial RNA is ready for translation as soon as it is transcribed • Pre­mRNA modification o After the first 20­40 nucleotides of the pre­mRNA are synthesized, a modified guanine is added  to the 5’ end of the transcript, creating the 5’ cap. The 5’ cap helps the transcript bind to the  ribosome for translation. It also helps protect the mRNA from degradation by ribonulceases o A poly­A tail is added to the 3’ end of the pre­mRNA transcript. The poly­A tail is made up of  50­300 adenine nucleotides. The poly­A tail aids in the export of the mRNA to the cytoplasm for  translation, and like the 5’ cap, the poly­A tail protects the mRNA from degradation o RNA splicing  In eukaryotes, introns are spliced out  There is a consensus sequence at the junction between an intron and an exon. These short  sequences of DNA have little variation between different genes o Once the pre­mRNA is transcribed, several small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs)  bind to the consensus sequences o Spliceosome – cuts the pre­mRNA, removes the intron and joins the exons together.   Created at each exon­intron junction 1. The 5’ cap and poly­A tail are attached 2. snRNPs bind to start of intron and key A base 3. snRNPs assemble to form the Spliceosome 4. intron is cut; loop is formed 5. Intron is released; exons join together • Some introns contain regulatory sequences that affect gene expression o One effect of RNA splicing is the ability to change which sequences are treated as exons, and  therefore create different mature mRNA molecules from the same gene  This is known as alternative RNA splicing • Proteins are made up of structural and functional regions called domains o One may contain an active site, while another may contain a binding site o In many cases, different domains are coded for by different exons o By using alternative splicing, the same gene is able to produce a variety of proteins that contain  different domains Jonathan Olson Unit 4
More Less

Related notes for BIOL 2299

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.