Transcript Struktura i funkcija genetičkog materijala - biohemijska genetika – molekularna genetika Proteini, geni, replikacija,transkripcija i translacija Proteini  Dugački polimeri sastavljeni od aminokiselina povezanih peptidnim vezama.  20 različitih aminokiselina  Različite sekvence.

Struktura i funkcija genetičkog
materijala - biohemijska genetika –
molekularna genetika
Proteini, geni,
replikacija,transkripcija i
translacija
Proteini

Dugački polimeri sastavljeni od aminokiselina
povezanih peptidnim vezama.

20 različitih aminokiselina

Različite sekvence aminokiselina u istom
proteinu- varijabilnost- polimorfizam proteina
Insulin
Hemoglobin
IgG
Enzim
Glutaminska sintetaza
Translacija




Translacija je proces formiranja polipeptidnih
lanaca u proteinu na osnovu strukture molekula
(iRNK).
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 iRNK, a ovaj od genetičke informacije,
koju je primio od odgovarajućeg gena, tj. od njegovog
redosleda nukleotida.
Translacija

Prva t-RNK koja ulazi u
ribozom
je
ona
sa
antikodonom
koji
je
komplementaran
start
kodonu AUG (metionin)

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 –
inicijacija
Obrazovanje peptidnih veza i povećanje
polipeptidnog lanca – elongacija
Završetak sinteze i oslobađanje
polipeptidnog lanca - terminacija
GENI
Johannsen, 1909
Šta je materijalna priroda gena ?



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:
 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)


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:

61 SLUŽI ZA ŠIFROVANJE AK +3 STOP
KODONA (UAA,UAG,UGA)

KODON ZA Met (AUG) JE START KODON
Danas su poznati kodoni koji odgovaraju
svakoj aminokiselini.
Inicijalni kodoni AUG I GUG:
- na početku iRNK 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 iRNK
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
DNK
REPLIKACIJA - sinteza DNK
2. DNK
RNK
(sinteza i,t ili rRNK)
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 20slovnu azbuku.
Prenos genetičke informacije u
ćelijama



GENETIČKI KOD - Tri nukleotida-triplet u
DNK
KODON - specifičan triplet nukleotida za
svaku AK u iRNK.
ANTIKODON - specifičan triplet nukleotida u
tRNK
Genetički kod
Broj kombinacija?
4 x 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

Replikacija, transkripcija, translacija
DNK –iRNK- Protein
DNK
ctgaattgcatggtactgacctgagt
PRIMARNA STRUKTURA
gacttaacgtaccatgactggactca
RNK
RNK
aaaaaaaaaaacugaauugcaugguacugaccugagu
aaaaaaaaaaacugaauugcaugguacugaccugagu
RNK
aaaaaaaaaaacugaauugcaugguacugaccugagu
Protein
Protein
TERCIJARNA I KVATERNARNA
STRUKTURA PROTEINA
Protein
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
Transkripcija
Mesto
Jedro
RNK
Translacija
Ribozomi
Protein
Prenos informacija
Gen
iRNA
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 iRNK.
Prenos informacija
Posebni prenosi informacija
-dešavaju se u ćeliji samo u posebnim situacijama
1.
RNK
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

eksperimentalno nikada nisu otkriveni, ali su
teoretski mogući
1.
proteini
proteini
protein
2.
3.
DNK
RNK
protein
Mitohondrijski genom- Vanjedarno
nasleđivanje





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



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



Postoji nekoliko poremećaja kod ljudi koje su
posledica defekata u mtDNK. 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



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

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

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