SISTEMI REPARACIJE MOLEKULA DNK DEPURINACIJA 5000 baza po

SISTEMI REPARACIJE MOLEKULA DNK

DEPURINACIJA 5000 baza / po genomu / po danu O N H 0 0 N P 0 CH 2 0 H N N 0 N H 0 H 2 O C 1 OH P 0 CH 2 0 0 O guanin N N H N N N H H H depurinisani šećer

DEAMINACIJA H H N H 0 0 N H 0 H O N P 0 CH 2 0 o H 2 O NH 3 0 0 H citozin 100 baza / po genomu / po danu O N P 0 CH 2 0 H N 0 uracil

DIMER TIMINA P O O N H O N P O N C P O O H O CH 3 H N N H O H P O CH 3 C C H CH 3

DIMER TIMINA G G A C A A T A G C C C T G T T A T C G A A G G A C T A G C C C T G A T C G T T

‘’PROOFREADING’’ AKTIVNOST DNK POLIMERAZE T T 5’ P P P 3’ P P P A A T T A C* OH P A T T P P P 3’ P P A OH P A A C P A 5’ A P P P A OH P P A A A C T T T 5’ P P P 3’ P P P A A A P T OH OH P A P P A T P A A OH

MEHANIZMI REPARACIJE DNK I DIREKTNA ( IN SITU ) REPARACIJA Fotoreaktivacija (fotoreaktivirajući enzim) II (alkiltransferaza) Dealkilacija REPARACIJA PRE REPLIKACIJE Isecanjem baza Isecanjem nukleotida III REPARACIJA POSLE REPLIKACIJE ‘’Mismatch’’ reparacija Rekombinativna reparacija

DIREKTNA ( IN SITU ) REPARACIJA FOTOREAKTIVACIJA 1 lezije nastale UV zračenjem ( pirimidinski dimeri ) 2 DEALKILACIJA lezije nastale alkilirajućim agensima ( alkil-guanin )

DIREKTNA REPARACIJA PIRIMIDINSKIH DIMERA svetlost etimin DNK-fotoliaza fotoreaktivacija UV zračenje edimer timina

DIREKTNA REPARACIJA ALKIL-TRANSFERAZOM DNK alkil transferaza H H 3 C P 0 G C H S-H cistein C OH 6 OH P narušeno sparivanje G i C usled vezivanja metil- grupe za atom kiseonika na poziciji 6 guanina

DIREKTNA REPARACIJA ALKIL-TRANSFERAZOM DNK alkil transferaza H C H S S-metilcistein H 3 C P 0 C OH G OH normalno sparivanje G i C P

REPARACIJA PRE REPLIKACIJE 1. 2. ISECANJEM NUKLEOTIDA ISECANJEM ( MODIFIKOVANIH ) BAZA

REPARACIJA ISECANJEM NUKLEOTIDA 5’ C T A C G G T C T A T G G 3’ G A T G C C A G A T G AT A C C helikaza nukleaza

C T A C G G T C T A T G G 5’ 3’ G A T G C C A G A T G AT A C C DNK polimeraza 5’ C T A C G G T C T A T G G 3’ G A T G C C A G A T G AT A C C ligaza 5’ C T A C G G T C T A T G G 3’ G A T G C C A G A T G AT A C C

ISECANJE NUKLEOTIDA KOD E. coli dimer 5’ 3’ Uvr B Uvr A ATP ADP+P Uvr C 5’ 3’ 3’ 5’ OH P helikaza

OH 5’ 3’ OH P P DNK polimeraza ligaza OH P

REPARACIJA AP MESTA AP endonukleaza Egzonukleaza DNK polimeraza Ligaza prepoznaje AP mesto i seče lanac uklanja segment DNK lanca popunjava prazninu povezuje niti

DNK GLIKOZILAZA 5’ 3’ CT A C A U G C A T C GA T G C G T A G U 5’ deaminirani citozin CT A C A Uracil DNK glikozilaza G C A T C 3’ AP endonukleaza + fosfodiesteraza CT A C A G C A T C DNK polimeraza + ligaza CT A C G C A T C

REPARACIJA POSLE REPLIKACIJE 1. ‘’MISMATCH’’ REPARACIJA pogrešno sparene baze 2. REKOMBINATIVNA REPARACIJA pirimidinski dimeri modifikovane baze nesparene baze. . .

‘’MISMATCH’’ REPARACIJA + M + CH 3 5’ GA*TC 5’ GATC +

‘’MISMATCH’’ REPARACIJA KOD EUKARIOTA greška u novosintetisanom lancu Mut. S Mut. L

POSTREPLIKATIVNA REKOMBINATIVNA REPARACIJA 5’ 3’ 1 3’ 5’ lezija 3 2 5’ 3’ Rec. A nukleaza 4 5’ 3’ DNK polimeraza + ligaza 5’ 3’

verovatnoća da DNK polimeraza pogrešno spari baze 10 -5 verovatnoća da ‘’proofreading’’ aktivnost ne ispravi grešku 10 -2 verovatnoća da postreplikacioni ‘’mismatch’’ ne ispravi grešku 10 -3 ukupna verovatnoća da se dogodi substitucija / po baznom paru / po replikaciji 10 -5 x 10 -2 x 10 -3 = 10 -10

Nasledne bolesti čoveka udružene sa defektima sistema reparacije bolest Ataxia telangiectasia preosetljivost g zračenje podložnost malignitetima limfomi Bloom-ov sindrom alkilirajući agensi Fanconi anemija karcinomi limfomi leukemije hemijski mutageni leukemije Xeroderma pigmentosum UV zračenje karcinomi kože melanomi

XERODERMA PIGMENTOSUM Autozomno-recesivni sindrom Defekt reparacionog mehanizma isecanja nukleotida Ekstremna osetljivost na sunčevu svetlost 1000 puta povećana incidenca kancera kože Progresivne degenerativne promene kože i očiju

MEHANIZMI KOJI OBEZBEDJUJU RAZNOVRSNE KOMBINACIJE GENETIČKOG MATERIJALA POTOMSTVA A B C Različite kombinacije hromozoma u gametima nastaju slučajnom kombinacijom razdvajanja homologih hromozoma u anafazi I mejotičke deobe Kombinacije genetičkog materijala gameta se pri oplodjenju nalaze u zigotu, AMFIMIKSIJA Rekombinacija genetičkog materijala homologih segmenata homologih hromozoma, CROSSINGOVER, u profazi I mejotičke deobe

1 1 2 2 3 3 6 6 7 8 7 4 8 13 13 14 14 15 15 9 4 5 5 9 10 10 11 11 12 12 16 16 17 17 18 18 ili 19 19 20 20 46, XX ili 46, XY 21 21 22 22 X X X Y

A a A A a a S B b • JEDNAKE VELIČINE I POLOŽAJA CENTROMERE B B b b • POREKLOM OD OCA I MAJKE • ISTE GENSKE LOKUSE HOMOLOGI HROMOZOMI

I OOCITA ili I SPERMATOCITA DIPLOIDIJA DIZOMIJA 2 n 46, XX ili 46, XY I DEOBA razdvajaju se homologi hromozomi TELOFAZA I II DEOBA razdvajaju se sestrinske hromatide n 23, X ili 23, Y TELOFAZA II HAPLOIDIJA MONOZOMIJA

GENOTIP Bb. Ss b. B Ss ANAFAZA I s. S METAFAZA II b b B B s s S S GAMETI b b B B S S s s

2 n=4 I deoba II deoba 2 n tipova gameta 2 n= 4 Segregacija homologih hromozoma u mejozi I

2 n x 2 n = 22 n = 16 kombinacija zigota tj. potomaka AMFIMIKSIS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Y 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Y 2 n 1 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Kombinacija gameta…. . 223 Kombinacija zigota…. . 246

I II III

Pahiten

A a B game ti MEJOZA A A a B 25% b a B b 25%

25% 25%

VEZANI GENI Geni koji se nalaze na istom hromozomu 24 grupe vezanih gena – 22 autozoma, X i Y Ukoliko su smešteni vrlo blizu prenose se zajedno. Ukoliko se nalaze na izvesnoj udaljenosti može doći do njihove rekombinacije i pojave rekombinovanih svojstava kod potomaka. Broj rekombinovanih jedinki odredjuje razdaljinu vezanih gena. 1% jedinki sa rekombinovanim svojstvima odgovara udaljenosti od 1 c. M ili 1 mapnoj jedinici.

A a B b game ti A A a a B b 25% 25%

A B game ti a b haplotip A B a b 50%

game ti A a B b b B više od 50% NEREKOMBINOVANI manje od 50% REKOMBINOVANI

25% 25% 50% >50% <50%

1 c. M 1 centi Morgan Jedinica genetskog rastojanja i jednaka je 1% rekombinacije tokom mejoze 1 c. M ~ 1 Mb Fizičko rastojanje izraženo u baznim parovima

LOD VREDNOST (LOD SCORE) VEROVATNOĆA DA SU 2 LOKUSA VEZANA (logaritam za osnovu 10) >+3 Vezani lokusi -3 <-2 -2 -1 0 +1 +2 nevezani lokusi +3

AABB aabb Aa. Bb aabb aa. Bb Aabb

A Np B np O np A Np O np B np O np O np A Np B np

I A 2 A 5 A 1 A 6 II A 1 A 2 A 3 A 4 III A 1 A 3 A 2 A 3 A 1 A 4 A 2 A 3

A B 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ a b 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ A B 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ a b sparivanje homologih hromozoma endonukleaza zaseca po jedan lanac DNK molekula u nesestrinskim hromatidama Presečeni lanci se komplementarno umeću i povezuju sa lancima iste orijentacije

A B 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ a A b B a b A B 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ a b 5’ ligaza povezuje slobodne krajeve

5’ 3’ A B b a 5’ 3’ 3’ 5’ HOLLIDAY STRUKTURA

A B 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ a b heterodupleks A B 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ a b NEMA REKOMBINACIJE

A b 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ a B A b 3’ 5’ 5’ 3’ a B REKOMBINACIJA 5’ 3’ 3’ 5’

MITOZA Aa bez crossing overa Aa S Aa Aa AAaa Aa sa crossing overom S retko Aa Aa AA C. O. Aa AA aa Aa AAaa Aa aa

1 2 3 nejednaka RSH nejednaki crossing over 2 3 2 1 2 2 3 + + 1 1 2 3 1 3

A B 22 1 6 3 7 4 C 8 9 10 11 D 13 14 15 16 G 20 12 E F 19 5 21 17 18 polni hromozomi 22 X Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Y 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Y 2 n 1 n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Kombinacija gameta…. . 223 Kombinacija zigota…. . 246

A 2 A 2 B 2 B 2 A 2 A 1 B 2 B 1 A 1 A 2 B 2 B 1 A 2 A 1 B 1 B 1 A 1 A 1 B 1 B 1 A 2 A 1 B 2 B 1 A 1 A 1 B 1 B 1 A 1 A 1 B 2 B 1 A 2 A 1 B 2 B 1 A 1 A 1 B 1 B 1 A 2 A 1 B 2 B 1 NR NR NR nerekombinovani R rekombinovani

MITOZA interfaza MEJOZA profaza metafaza profaza I metafaza I