Transcript Nukleinske kis,gen, genetski kod

NUKLEINSKE
KISELINE
Prof. dr Ljiljana Andrijević
Purinske i pirimidinske baze
uloga i značaj

U ćelijama su zastupljene u vidu nukleozida i
nukleotida. U sastavu nukleotida imaju ključne uloge u
nizu biohemijskih procesa i to:



Prekursori su i sastavni delovi nukleinskih kiselina (DNK i
RNK), što znači da imaju fundamentalnu ulogu u ćelijskom
rastu, deobi, sintezi proteina.
Sastavni su delovi biološki aktivnih formi koenzima i
vitamina (NAD, FAD, CoA), u isto vreme omogućavaju
proces transporta elektrona u respiratornom lancu kao
komponente koenzima (FMN-a)
Mogu graditi aktivna intermedijerna jedinjenja u
mnogimbiosintetskim reakcijama ( UDP- glukoza, CDP –
holin).
Purinske i pirimidinske baze
uloga i značaj
Sastavni su delovi makroenergetskih jedinjenja (ATP,
CTP, UTP, GTP)
 Metabolički su regulatori, ali i medijatori delovanja
mnogih hormona, faktora rasta i citokina
 Mogu vršiti kovalentnu modifikaciju proteina (
fosforilacija).
 Inhibitori su biosinteze nukleotida i moćni citostatici
iz klase antimetabolika (metotrexat, 6-merkaptopurin,
azotimidin)

Struktura i nomenklatura
Struktura
Struktura
Struktura
Struktura DNA
nukleotid
DNA- purinske i pirimidinske baze
Struktura polinukleotidnog lanca
Struktura DNA


Monomerne jedinice DNA molekula čine
dAMP, dGMP, dCMP i dTMP.
1950.g. Erwin Chargaff i saradnici su definisali
sledeća pravila:
DNK izolovana iz različitih organa jednog te istog
organizma ima isti sastav nukleotida.
 Nukleotidni sastav DNK različitih jedinki je različit
 Nukleotidni sastav jedne jedinke se ne menja sa
uzrastom organizma, ne zavisi od ishrane niti od
promene uslova spoljašne sredine.

Broj tj. količina A u molekulu DNK, nezavisno od
vrste jedinke jednak je broju T (A=T) , a broj G
jednak broju C (G=C).
 Iz ekvimolekularnog odnosa A=T i G=C sledi da je
količina purinskih baza jednaka količini pirimidinskih
baza tj A+G = T+C.
 Odnos između komplementarnih baza A-T/G-C
nikada nije jednak jedinici, a predstavlja koeficijent
specifičnosti.



1953.g. James Watson i Francis Crick predlažu
trodimenzionalnu strukturu DNK i mogući
mehanizam njene replikacije.
Analizom fotografije niti DNK snimljene
difrakcijom X-zraka konstatuju:
Watson – Crick-ov model


dva spiralna polinukleotidna
lanca DNK izuvijena su oko
zajedničke ose. Lanci se
protežu u suprotnim
smerovima – antiparalelni su
purinske i pirimidinske baze su
u unutrašnjosti heliksa i
predstavljaju hidrofobne
delove spirale. Površine baza se
nalaze pod pravim uglom u
odnosu na uzdužnu osu dvojne
spirale. Hidrofilni delovi spirale
(fosfatne i šećerne jedinice)
smešteni su na spoljašnoj strani
spirale koja je u neposrednom
kontaktu sa vodenim
medijumom.



Prečnik spirale iznosi 2 nm.
Razmak između susednih baza je
0,34 nm. Spiralna struktura se
ponavlja nakon 10 nukleotida u
svakom lancu.
A stvara dve vodonične veze sa T a
G tri sa C
Raspored baza nosi genetsku
informaciju, koja ima dvojaku
ulogu; ona je izvor informacija za
sintezu svih proteina u ćeliji, a
istovremeno obezbeđuje
informaciju koju nasleđuju ćelije
ćerke ili potomstvo
GEN

Klasičan biološki smisao:
 gen
je deo hromozoma koji određuje jednu
određenu osobinu organizma.

Definicija gena na molekularno nivou:



“ jedan gen – jedan ferment “
“jedan gen jedan protein“
Klasična prihvatljiva biohemijska definicija

“ jedan gen jedan polipeptidni lanac “
GEN



Ekspresija gena ne dovodi samo do sinteze
odgovarajuće mRNK odgovorne za sintezu određenog
polipeptidnog lanca, već se na odgovarajućim
sekvencama DNK nukleotida sintetišu i tzv.
“strukturne“ RNK kao što su tRNK i rRNK
Geni koji kodiraju sintezu rRNK nazivaju se
strukturnim genima. DNK sadrži i druge
funkcionalno aktivne strukture koje imaju isključivo
regulatornu ulogu, a nazivaju se regulatornim genima.
Najvie 10 -20% od ukupne količine DNK u ćeliji je
aktivno.
Strukturna organizacija gena

Najveći deo je u ljudskom genomu
je nekodirajući
(
transkripciono inaktivan) tj.
informacija sa tog dela DNK
molekula se nikada ne prevodi u
sekvencu nekog proteina ili
ribonukleinske kiseline . Deo gena
koji se aktivno prepisuje u procesu
transkripcije obuhvata samo jedan
određeni segment postojećeg gena
– cistron, a koji predstavlja
najmanju jedinicu genetske
ekspresije. Geni eukariota su
diskontinuirani. Egzoni su
poređani istim redosledom i u
mRNK i u DNK.
Genetski kod


Najmanju funkcionalnu
jedinicu gena čini genetska
šifra koja označava odnos
između redosleda baza u
DNK (ili mRNK) i redosleda
amino kiselina u proteina.
Za svaku AK šifra se nalazi u
redosledu nukleotida koga
čini niz od tri baze , koji se u
molekulu DNK naziva kod,
u molekulu mRNK kodon.
Kodone čitaju molekuli
tRNK ,koji se nazivaju
antikodoni.
Strukturna organizacija gena

Primarni prepis (primarni
transkript) RNK tzv.
heteronuklearna RNK
sadrži introne koji se
uklanjaju uz istovremeno
spajanje kodirajućih
segmenata (egzona) da bi
se formirala funkcionalna
zrela RNK.
Ribonukleinske kiseline

mRNK – molekuli mRNK su
izuzetno hetrogeni, predstavljaju
grupu koju čine hiljade različitih
vrsta RNK molekula. 1961.g. Jacob
i Monod formiraju ideju o načinu
prenosa genetske informacije za
sintezu proteina iz jedra u
ribozome. Proteini se sintetišu u
citoplazmi a ne u jedru, logično je
da mora da postoji informacioni
kratkoživeći međuprodukt u sintezi
proteina, čiju strukturu određuju
geni.
Molekul mRNK

Ideja o mRNK, koja prestavlja informacijsku vezu
između gena i proteina, postaje osnovni temelj u
daljem razvoju molekularne genetike.
Molekul tRNK

Molekuli tRNK imaju ulogu
adaptera za prevođenje
informacija koje se nalaze u
redosledu nukleotida mRNK
u proteinske sekvence. U
svakoj ćeliji postoji najmanje
20 tRNK, za svaku amino
kiselinu po jedna. Neke
amino kiseline imaju dve ili
više specifičnih tRNK.
Ukupan broj tRNK je 60
Molekul tRNK

Pored A, G, C, U sadrže
i neuobičajene nukleotide
( 1-metilguanozin,
tiouracil, acetilcitozin)
Molekul rRNK



Molekuli rRNK predstavljaju
u kvantitativnom pogledu
najveću grupu (oko 80%)
Ribozomi se sastoje od veće i
manje subjedinice, a svaka od
njih je graćena od približno
2/3 RNK i 1/3 proteina.
Geni za sintezu rRNK
smešteni su u
specijalizovanim deovima
hromozoma (NOR) koji su
povezani sa nukleolusom, pa
se sinteza ove klase RNK
obavlja u nukleolusu.