Struktura i funkcija genetikog materijala biohemijska genetika molekularna

Struktura i funkcija genetičkog materijala - biohemijska genetika – molekularna genetika Proteini, geni, replikacija, transkripcija i translacija

Proteini n Dugački polimeri sastavljeni od aminokiselina povezanih peptidnim vezama. n 20 različitih aminokiselina n Različite sekvence aminokiselina u istom proteinu- varijabilnost- polimorfizam proteina Insulin Hemoglobin Ig. G Enzim Glutaminska sintetaza

Translacija n n Translacija je proces formiranja polipeptidnih lanaca u proteinu na osnovu strukture molekula (i. RNK). Sinteza proteina u ćeliji je složen proces koji se odvija uz učešće ribozoma, i-RNK, t-RNK i velikog broja enzima. Ulogu posrednika između kodona i-RNK i aminokiselina imaju t-RNK koje se jednim krajem vezuju za kodon, a drugim za odgovarajuću aminokiselinu. Redosled aminokiselina zavisi od redosleda nukleotida u i. RNK, a ovaj od genetičke informacije, koju je primio od odgovarajućeg gena, tj. od njegovog redosleda nukleotida.

Translacija n Prva t-RNK koja ulazi u ribozom je ona sa antikodonom koji je komplementaran start kodonu AUG (metionin) n proces se ponavlja sve dok se u i-RNK ne stigne do stop kodona (UAA, UAG, UGA).

Sinteza proteina 1. 2. 3. 4. Aktivacija aminokiselina i njihovo prenošenje do ribozoma Početak polimerizacije aminokiselina – inicija Obrazovanje peptidnih veza i povećanje polipeptidnog lanca – elongacija Završetak sinteze i oslobađanje polipeptidnog lanca - terminacija

GENI Johannsen, 1909 Šta je materijalna priroda gena ? n n n Proučavanje bakterija i virusa omogućilo je hemijsku indentifikaciju genetičkog materijala, kao i bliže upoznavanje organizacije i uloge gena u nasleđivanju. Fage su dale neprocenjiv doprinos razumevanju nasleđivanja. 1922. H. J. MULLER istakao je 2 bitne sličnosti između bakteriofaga i gena, i jedni i drugi su sposobni za : 1. 2. AUTOREPLIKACIJU MUTIRANJE

Gen- osnovna jedinica naslednosti i promenjivosti. Deo hromozoma (deo lanca DNK, ređe RNK), sastoji se od 400 -2000 nukleotida. Sposoban da se reprodukuje i zauzima određeno mesto na hromozomu - genski lokus.

Osnovi molekulske strukture i funkcije gena Osnovna definicija: n Sekvenca hromozomske DNK koja je potrebna za stvaranje funkcionalnog produkta, bilo da je to protein ili funkcionalni RNK molekul

GEN Johannsen, 1909 Postoji više gena po funkciji: - strukturalni geni - regulatorni geni

Strukturalni geni su jedinstveni segmenti DNK koji procesom transkripcije i translacije determinišu redosled aminokiselina u proteinu. Regulatorni geni u širem smislu bilo koji geni koji regulišu aktivnost drugih gena.

Substruktura gena S. BENZER (1955) CISTRON = Gen u širem smislu funkcionalna genska jedinica, tj. segment DNK koji može da kodira sintezu proteina BENZER-ovo pravilo: Jedan cistron (gen) = jedan polipeptidni lanac MUTON-najmanja jedinica u genu koja može da mutira (7 -8 nukleotida) REKON – najmanja jedinica na kojoj može da se vrši rekombinacija (8 nukleotida) n n TESSMAN (1965) utvrdio da je nukleotid DNK osnova mutacije i rekombinacije (promene u naslednoj informaciji mogu da se vrše na 1 paru baza).

GENSKI KOD I ODGOVARAJUĆI KODONI Tri baze ili triplet nukleotida na DNK koji prenosi genske informacije za specifični poredak aminokiselina u sintezi proteina naziva se genski kod. Genski kod je specifičan i univerzalan kod svih živih bića. Univerzalnost genskog koda je vrlo važan dokaz da su svi organizmi evoluirali od jednog zajedničkog pretka.

4 azotne baze treba da kodira 20 aminokiselina 41 = 4 42 = 16 43 = 64 POSTOJE 64 KODONA OD KOJIH: n 61 SLUŽI ZA ŠIFROVANJE AK +3 STOP KODONA (UAA, UAG, UGA) n KODON ZA Met (AUG) JE START KODON

Danas su poznati kodoni koji odgovaraju svakoj aminokiselini. Inicijalni kodoni AUG I GUG: - na početku i. RNK daju informaciju za metionin - na nekom drugom mestu daju informaciju za metionin (AUG) i valin (GUG) Izrođeni kodoni - pojava da nekoliko kodona vežu jednu aminokiselinu

“Dvosmisleni” ili dvofunkcionalni kodoni - vezuju više aminokiselina UAA, UAG I UGA su besmisleni ili terminalni kodoni - ne odgovaraju ni jednoj aminokiselini. Imaju funkciju završetka lanca i. RNK

Genetički kod predstavljen u cirkularnom obliku

Osnovne karakteristike genetičkog koda - Triplet je osnovna jedinica genetičkog koda - Univerzalnost (isto značenje kodona kod svih bioloških vrsta) - Izrođenost ili degenerativnost (jednu aminokiselinu može da određuje dva ili više kodona, maksimalno 6) - Kodoni se očitavaju bez preklapanja

Opšti prenosi informacija CENTRALNA DOGMA MOLEKULARNE BIOLOGIJE 1. DNK REPLIKACIJA - sinteza DNK 2. DNK RNK (sinteza i, t ili r. RNK) TRANSKRIPCIJA – prepisivanje nasledne informacije sa DNK na RNK 3. Sinteza proteina RNK PROTEIN TRANSLACIJA - prenos informacije sadržane u DNK preko RNK u molekul proteina. Prelaz sa 4 -slovne na 20 slovnu azbuku.

Prenos genetičke informacije u ćelijama n n n GENETIČKI KOD - Tri nukleotida-triplet u DNK KODON - specifičan triplet nukleotida za svaku AK u i. RNK. ANTIKODON - specifičan triplet nukleotida u t. RNK Genetički kod Broj kombinacija? 4 x 4 = 43= 64 KOD – KODON – ANTIKODON odgovatrajući redosled a. k. u polipeptidnom lancu Primer GCA, GCC, GCG, GCU - alanin AUG - metionin UAA, UAG, UGA - stop

Prenosi informacija Opšti prenosi nasledna informacija sadržana u DNK prevodi se u redosled AK u proteinama - ovo je CENTRALNA DOGMA koja precizira tok informacija u novostvorenim proteinima n

Replikacija, transkripcija, translacija DNK –i. RNK- Protein DNK ctgaattgcatggtactgacctgagt gacttaacgtaccatgactggactca PRIMARNA STRUKTURA RNK aaaaaaaaaaacugaauugcaugguacugaccugagu RNK aaaaaacugaauugcaugguacugaccugagu Protein TERCIJARNA I KVATERNARNA STRUKTURA PROTEINA Protein

Kako od gena postaju proteini? Gen A Protein A Gen B Gen C Protein B Protein C jedan gen = jedan protein

Kako od gena postaju proteini? Replikacija Proces DNK Mesto Transkripcija Jedro RNK Translacija Ribozomi Protein

Prenos informacija Gen i. RNA egzon | intron | egzon | intron | egzon Egzoni –kodirajući delovi DNK. Osnovne funkcije su im: 1) početak transkripcije 2) nosioci informacija za redosled ak u proteinima 3) završetak transkripcije Introni – Nekodirajući delovi DNK. Kod eukariota u ovim delovima molekula DNK ne stvara se i. RNK.

Prenos informacija

Posebni prenosi informacija -dešavaju se u ćeliji samo u posebnim situacijama 1. RNK - replikacija RNK dešava se samo u ćelijama koje su inficirane virusima čiji je genetički materijal RNK 2. Reverzna transkripcija RNK DNK – dešava se u životinjskim ćelijama i ćelijama čoveka koje su inficirane virusima RNK (retrovirusi) koji obrazuju tumore – preobraćaju zdrave ćelije u kancerogene. RNK tumorskih virusa je matrica za obrnutu transkripciju, koristi se virusna RNK za sintezu komplementarne trake DNK. Retrovirus HIV kod čoveka izaziva SIDU. Naziv su dobili jer sintetizuju DNK iz RNK što je obrnuto od normalnog ćelijskog procesa. Ovim procesom genetskom materijalu retrovirusa omogućuje se da uđe u gene napadnute ćelije i tako postane njen sastavni deo. 3. Translacija DNK prenos informacije direktno sa DNK na protein

Zabranjeni prenosi informacija n eksperimentalno nikada nisu otkriveni, ali su teoretski mogući 1. proteini DNK proteini RNK protein protein 2. 3.

Mitohondrijski genom- Vanjedarno nasleđivanje n n n Mitohondrijski geni nalaze se u mitohondrijama i prenose se na potomstvo isključivo preko majke (materinski), što odstupa od mendelovskih pravila. Ćelije sisara imaju na stotine mitohondrija i svaka sadrži nekoliko kopija malih molekula DNK u obliku prstena. Molekul mitohondrijske DNK čoveka je dug samo 16500 bp (manje od 0. 03% dužine najmanjeg hromozoma!) i kodira samo nekoliko desetina gena (ukupno 37 gena koji nemaju introne). Analizirajući mitohondrijsku DNK možemo pratiti koje je osobina majka nasleđivala od svojih ženskih predaka tokom vremena, prateći unazad hiljade generacija. Zahvaljujući radu brojnih naučnika koji su analizirali mitohondrijsku DNK utvrđeno je poreklo i genetska distanca između različitig rasa koje se gaje u citavom svetu.

Utvrđivanje porekla n n n Istorija predaka može se očitati (sekvencioniranje) iz profila mitohondrijske DNK (majčina linija- familija) i iz DNK profila Y hromozoma (očeva linija). Ženska individua koja želi utvrditi očevo poreklo može to učiniti koristeći uzorak svoga oca ili njegovih bliskih srodnika i na taj način otkrivaju svoje poreklo po muškoj liniji. Muške polne ćelije takođe imaju mitohondrije ali se prilikom oplodnje one potpuno potroše pa se prenose samo majčini geni.

Primer mitohondrijalnog nasleđivanja

Mitohondrijski genom n n n Postoji nekoliko poremećaja kod ljudi koje su posledica defekata u mt. DNK. Ovi poremećaji se maternalno nasleđuju: Leberova nasledna optička neuropatija – postoji mutacija u genima respiratornog lanca (NADPH dehidrogenaza, citohrom oxidaza, ATPaza). Kerns-Sejr sindrom – osobe imaju encefalomiopatiju

Izvod n n n Hromozomi su smešteni u jedru ćelije i nalaze se u paru, po jedan od svakog roditelja. Hromozomi su izgrađeni od hromatinskih vlakana. Svako vlakno se sastoji od specifičnog molekula DNK. Geni su delovi DNK i nosioci genetičkih informacija. DNK je izgrađena od 4 baze : A, C, G, T Skup svih gena jednog organizma naziva se genom.

Izvod n Specifičnost građe DNK i mogućnost replikacije 1. Jednostavnost, samo 4 baze 2. Linearna struktura 3. Komplementarnost azotnih baza u dvojnoj spirali 4. Izuzetno stabilna

Izvod n Transkripcija & Translacija – Transkriptcija se dešava u jedru, 1 gen kodira 1 protein • Egzon: Kodirajući deo DNK • Intron: Nekodirajući deo DNK – Translacija se odigrava u ribozomima