Slide 1

MOLEKULARNA BIOLOGIJA
• Proučava čuvanje, prenos i ekspresiju
(ispoljavanje) genetičke informacije
• Građu i funkciju informacionih
molekula: nukleinskih kiselina i proteina
• Procese u kojima se ostvaruje prenos
genetičke informacije: replikaciju,
transkripciju i translaciju


Slide 2

Genetička informacija
• Redosled nukleotida u DNK koji
određuje redosled aminokiselina u
proteinu


Slide 3

NUKLEINSKE KISELINE
• izgrađene od polinukleotidnih lanaca
• DNK grade 2 polinukleotidna lanca
• RNK gradi 1 polinukleotidni lanac


Slide 4

NUKLEOTID
• Fosfatna grupa
• Pentoza (dezoksiriboza ili riboza)
• Azotna baza


Slide 5

Azotne baze
• Purinske baze su
derivati purina

• Pirimidinske baze su
derivati pirimidina
citozin

adenin
timin

guanin
uracil


Slide 6

Polinukleotidni
lanac

5’

• Više nukleotida
povezanih
fosfodiestarskim
vezama

3’


Slide 7


Slide 8

Antiparalelnost lanaca DNK


Slide 9

Sparivanje komplementarnih
azotnih baza


Slide 10


Slide 11

RNK
mala
podjedinica
ribozoma

podjedinice
ribozoma


Slide 12

tRNK


Slide 13

Hromatin
• Jedrov materijal
• Izgrađen od DNK i baznih proteina histona

Hromozomi
• Najviši stepen kondenzacije hromatina
• Vidljivi u deobi ćelije


Slide 14

Pakovanje
hromatina


Slide 15

PROTEINI
• U njihov sastav ulaze: C, H, O i N
• Makromolekuli izgrađeni od 20 vrsta
amino-kiselina povezanih međusobno
peptidnim vezama u linearni polipetidni
lanac


Slide 16

Aminokiseline
• Organska jedinjenja sa dve funkcionalne
grupe: amino-grupom (–NH2) i
karboksilnom grupom (–COOH)
• Razlikuju se po R-grupi


Slide 17

Nepolarne

Vrste aminokiselina
Pozitivno naelektrisane

Polarne nenaelektrisane

Negativno naelektrisane


Slide 18

Peptidna veza
• Nastaje reakcijom između karboksilne
grupe jedne aminokiseline i amino-grupe
druge aminokiseline

dipeptid


Slide 19

Primarna struktura proteina
• Broj i redosled aminokiselina u
polipetpidnom lancu
• Zapisana u genima


Slide 20

Sekundarna struktura proteina
• Dva oblika: αheliks i β-ploča
• Uspostavlja se
formiranjem
vodoničnih veza
između H i O
peptidnih veza
α-heliks

β-ploča


Slide 21

Tercijarna struktura proteina
• Čine ga α-heliksi, β-ploče i “neuređeni”
delovi


Slide 22

Kvaternarna struktura proteina
• Više polipeptidnih lanaca gradi
funkcionalan protein

kolagen

hemoglobin


Slide 23

Konformacija
- prostorni oblik proteina
• Globularni proteini
loptasti – sferni

• Fibrilarni proteini
končasti


Slide 24

Primarna struktura
proteina

Sekundarna struktura
proteina

Tercijarna struktura
proteina

Kvaternarna struktura
proteina


Slide 25

Funkcije proteina
• Gradivna – strukturna: grade ćeliju i tkiva
• Biokatalitička – enzimi – usmeravaju
biohemijske reakcije
• Transportna – hemoglobin, transferin
• Imunološka – antitela
• Kontraktilna – aktin i miozin
• Regulatorna – hormoni
• Rezervna – albumin


Slide 26

GENOM
• Ukupna DNK u ćeliji:
• u jedru – jedarni genom: 99.99% genoma
• u mitohondrijama – mitohondrijalni genom
• u hloroplastima – hloroplastni genom

• VELIČINA GENOMA izražava se kao
broj baznih parova u haploidnoj ćeliji
(C vrednost)
9
• Veličina genoma čoveka: 3,2 · 10 bp


Slide 27

Prokariote
• Bakterije
• Haploidne ćelije (n)
• Kružna DNK

Eukariote
• Protisti, biljke,
životinje, gljive
• Diplodne ćelije (2n)
• Linearna DNK


Slide 28

Hromozomi čoveka


Slide 29

Organizacija genoma
• Unikalna DNK: 45% genoma
• Repetitivna DNK: 55% genoma
• Satelitska DNK – na krajevima hromozoma i u
oblasti centromere (uloga: sparivanje hromozoma
u mejozi, održavanje strukture hromozoma)

• Intermedijarna DNK
– Familije gena (globinska familija, histonska familija)
– Uzastopno ponovljeni geni (geni za rRNK i geni za
tRNK)
– Mobilni genetički elementi – skoči-geni


Slide 30

Kodirajuća DNK
• DNK koja kodira proteine čini
samo 3% genoma

• Ostala DNK – 97%


Slide 31

GEN
• Deo DNK koji se transkribuje u
informacionu RNK, ribozomalnu RNK ili
transportnu RNK
• Gen koji se transkribuje u iRNK nosi
informaciju za sintezu proteina


Slide 32

Geni prokariota i eukariota
• Kontinuirani geni:
sadrže samo
kodirajuću DNK

• Diskontinuirani
geni: sadrže
egzone
(kodirajuće
delove) i introne
(nekodirajuće
delove)


Slide 33

egzon

intron

egzon

intron

DNK
transkripcija gena

RNK
primarni
transkript

isecanje introna i
spajanje egzona
iRNK
transport iRNK u
citoplazmu

egzon


Slide 34

PRENOS
GENETIČKE
INFORMACIJE


Slide 35

Genetička informacija
• Redosled nukleotida u DNK koji
određuje redosled aminokiselina u
proteinu


Slide 36

• Prenos i ekspresija genetičke
informacije ostvaruje se kroz procese:

Replikacije – sinteze DNK
Transkripcije – sinteze RNK
Translacije – sinteze proteina


Slide 37

Prenos genetičke informacije
replikacija

DNK
transkripcija

RNK
translacija

PROTEIN

DNK


Slide 38

Replikacija
A T
G C
C G
T
T

A
A

G

C

CG

CG

AT
CG
TA
GC

AT
CG
TA
GC


Slide 39

Transkripcija – sinteza RNK
kodirajući
lanac

5‘-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3'
3‘-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5'
transkripcija

5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3’

DNK
matrični
lanac

iRNK


Slide 40

Prenos genetičke informacije
replikacija

DNK
transkripcija

RNK
translacija

PROTEIN

DNK


Slide 41

Genetički kod
• Skup pravila za prevođenje redosleda
nukleotida u redosled aminokiselina
• Čini ga 64 znaka – kodona
• Kodon – niz od tri nukleotida (triplet
nukeotida) u iRNK koji određuje mesto
jedne aminokiseline u proteinu
• SINONIMNI KODONI – kodoni koji
kodiraju istu aminokiselinu


Slide 42

GENETIČKI KOD
5'

U
UUU

U

UUC
UUA

A

Phe

UCU

UAU

UCC

UAC

Tyr

UGU
UGC

3'
Cys

U
C

UGA STOP

A

UCG

UAG

STOP

UGG

G

CUU

CCU

CAU

CUC

CCC

CAC

CUA

Leu

Leu

UCA

Ser

G

STOP

CCA

Pro

CAA

CUG

CCG

CAG

AUU

ACU

AAU

ACC

AAC

AUC

Ile

AUA
AUG

ACA
Met

GUU
G

A

UAA

UUG

C

C

GUC

GUA
GUG

Val

Thr

AAA

ACG

AAG

GCU

GAU

GCC

GCA
GCG

Ala

GAC

GAA
GAG

His
Gln
Asn
Lys
Asp
Glu

Trp

CGU

U

CGC

C

CGA

Arg

CGG
AGU
AGC

AGA
AGG

G
Ser
Arg

GGU
GGC

GGA
GGG

A
U
C

A
G
U

Gly

C

A
G


Slide 43

Translacija
5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3'

iRNK

translacija

NH2-

???

-COOH

protein


Slide 44

GENETIČKI KOD
5'

U
UUU

U

UUC
UUA

A

Phe

UCU

UAU

UCC

UAC

Tyr

UGU
UGC

3'
Cys

U
C

UGA STOP

A

UCG

UAG

STOP

UGG

G

CUU

CCU

CAU

CUC

CCC

CAC

CUA

Leu

Leu

UCA

Ser

G

STOP

CCA

Pro

CAA

CUG

CCG

CAG

AUU

ACU

AAU

ACC

AAC

AUC

Ile

AUA
AUG

ACA
Met

GUU
G

A

UAA

UUG

C

C

GUC

GUA
GUG

Val

Thr

AAA

ACG

AAG

GCU

GAU

GCC

GCA
GCG

Ala

GAC

GAA
GAG

His
Gln
Asn
Lys
Asp
Glu

Trp

CGU

U

CGC

C

CGA

Arg

CGG
AGU
AGC

AGA
AGG

G
Ser
Arg

GGU
GGC

GGA
GGG

A
U
C

A
G
U

Gly

C

A
G


Slide 45

Translacija
5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3'

iRNK

translacija

NH2-Met-Arg-His-Val-Ser-COOH

protein


Slide 46

5‘-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3'
3‘-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5'
transkripcija

5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3'

kodirajući
lanac

DNK
matrični
lanac

iRNK

translacija

NH2-Met-Arg-His-Val-Ser-COOH

protein


Slide 47

Prenos genetičke informacije
• Genetička informacija je redosled nukleotida
u DNK koji određuje redosled aminokiselina
u proteinu
• Prenos i ekspresija genetičke informacije
ostvaruje se kroz procese replikacije,
transkripcije i translacije:
DNK

replikacija

transkripcija
iRNK
translacija
protein

DNK


Slide 48

REPLIKACIJA
DNK


Slide 49

Replikacija
• Replika – kopija
• Proces udvajanja DNK
• Odvija se u jedru, u S-fazi
ćelijskog ciklusa, pred
ćelijsku deobu


Slide 50

Replikacija
A T
G C
C G
T
T

A
A

G

C

CG

CG

AT
CG
TA
GC

AT
CG
TA
GC


Slide 51


Slide 52

1. HELIKAZA raskida vodonične veze i raspliće lance DNK

5’
zaostajući
lanac

3’

5’
3’
Okazakijevi
fragmenti

5’
3’

2. DNK-polimeraza klizi po
matričnom lancu u 3’ → 5’
smeru i sintetiše
komplementarni VODEĆI
lanac u 5’ → 3’ smeru

smer replikacije
5’

3’

3’

5’
Vodeći lanac sintetiše se
kontinuirano

5’
3’

vodeći
lanac

3. Zaostajući lanac sintetiše se
diskontinuirano: iz delova –
Okazakijevih fragmenata
4. LIGAZA povezuje fragmente u
zaostajućem lancu


Slide 53

Tok replikacije
• Helikaza raskida vodonične veze i raspliće
lance DNK
• DNK-polimeraza klizi po matričnom lancu u
3’ → 5’ smeru i sintetiše komplementarni
VODEĆI lanac u 5’ → 3’ smeru
• Vodeći lanac sintetiše se kontinuirano
• Zaostajući lanac sintetiše se diskontinuirano:
iz delova – Okazakijevih fragmenata
• Ligaza povezuje fragmente u zaostajućem
lancu


Slide 54

• Replikacija DNK je
semikonzervativan
proces jer se svaki
molekul DNK sastoji od:
– jednog starog
roditeljskog lanca i
– jednog
novosintetisanog lanca
roditeljski
lanac

novosintetisani
lanac


Slide 55

oridžin

Replikacija kod
prokariota
• Replikacija počinje
na jednom mestu
(oridžinu) i odvija
se istovremeno u
oba smera, istom
brzinom
• Završava se u
terminacionom
regionu nasuprot
oridžinu

DNK

terminacioni
region

DNK

DNK


Slide 56

Replikacija kod eukariota
• Započinje na više mesta na hromozomu i
odvija se istovremeno u oba smera dok se
replikativni mehurovi ne spoje
oridžini

replikativni
mehurovi


Slide 57

TRANSKRIPCIJA
• Proces sinteze RNK, odvija se u jedru


Slide 58

Tok transkripcije
• Inicijacija: RNK polimeraza vezuje se za
promotor – deo DNK ispred gena koji će se
prepisivati, stvara se tzv. transkripcioni kompleks
• Elongacija: RNK polimeraza klizi po matričnom
lancu u 3’→5’ smeru i sintetiše komplementaran
RNK lanac u 5’→3’ smeru.
• Terminacija: kada RNK polimeraza dođe do
kraja gena, transkripcioni kompleks se raspada i
novosintisana RNK (primarni transkript) se
oslobađa


Slide 59

RNK polimeraza

kodirajući lanac DNK
ribonukleotid

RNK
matrični lanac DNK
Smer transkripcije


Slide 60

Obrada primarnog transkripta
• Isecanje introna i spajanje
egzona
• Dodavanje 5’-kape (metilguanozin) na početak iRNK
• Dodavanje poli-A repa na
3’kraj iRNK (oko 250
adeninskih nukleotida)
5’-mG-AUCGCCUAGCCACGUGCAUC-AAAAAAAAAAAAAAAAA-3’


Slide 61

Obrada primarnog transkripta
egzon
DNK

intron

egzon
intron
transkripcija gena

RNK
primarni
transkript

isecanje introna i
spajanje egzona
iRNK
transport iRNK u
citoplazmu

egzon


Slide 62

TRANSLACIJA
• Proces sinteze proteina, odvija se na
ribozomima
• U ovom procesu redosled kodona u iRNK
prevodi se u redosled aminokiselina u
proteinu
• U procesu učestvuju sve tri vrste RNK


Slide 63

RIBOZOM
velika
podjedinica
mala
podjedinica

Izgrađene od
rRNK i proteina

POLIRIBOZOM – više ribozoma povezanih iRNK koja prolazi
između male i velike subjedinice

iRNK


Slide 64

POLIRIBOZOM


Slide 65

Transportne RNK
• Oblik slova “L”
• Na jednom kraju nosi aminokiselinu, a na
drugom ima antikodon – niz od tri
nukleotida koji je komplementaran kodonu
na iRNK
AMINOKISELINA

ANTIKODON


Slide 66

Met

Val

Gly

Asp

Ser

Phe

Arg

Lys

Vezivanje tRNK i iRNK

UAC

CAA C C G C UA U CA AAG G C U U U U

antikodon
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA
kodon

iRNK
AAA

3’


Slide 67

1. INICIJACIJA

2. ELONGACIJA

Translokacija

3. TERMINACIJA


Slide 68

Met

UAC

P

Val

CAA

INICIJACIJA
formiranje
peptidne veze

A
iRNK

5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA
START

AAA

3’


Slide 69

Gly

ELONGACIJA

CCG
Met

Val

UAC

CAA

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

AAA

3’


Slide 70

ELONGACIJA

Met

Val

Gly

CAA C C G

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

AAA

3’


Slide 71

Asp

ELONGACIJA

CUA
Met

Val

Gly

CCG

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

AAA

3’


Slide 72

Ser

ELONGACIJA
UCA
Met

Val

Gly

Asp
Asp

CCG CUA

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

A A A U G A 3’


Slide 73

ELONGACIJA

Met

Val

Gly

Asp

Ser

Phe

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

A A A U G A 3’


Slide 74

ELONGACIJA

Met

Val

Gly

Asp

Ser

Phe

Arg

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

A A A U G A 3’


Slide 75

ELONGACIJA

Met

Val

Gly

Asp

Ser

Phe

Arg

iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

A A A U G A 3’


Slide 76

TERMINACIJA

Met

Val

Gly

Asp

Ser

Phe

Arg

Lys

PROTEIN
SINTETISAN PREMA
UPUTSTVU U iRNK

UUU

iRNK iRNK
5’

AUG GUU GGC GAU AGU UUC CGA

A A A U3’G A 3’
STOP


Slide 77

• Translacija je proces sinteze proteina koji
se odvija na ribozomima. U translaciji
učestvuju sve tri vrste RNK. Informaciona
RNK nosi uputstvo (niz kodona) za sintezu
polipeptidnog lanca. Ribozomalne RNK
grade ribozome. Transportne RNK
transportuju do ribozoma aminokiseline od
kojih će nastati protein. Transportne RNK
na jednom svom kraju imaju vezanu
aminokiselinu, a na drugom kraju
antikodon – niz od tri nukleotida koji je
komplementaran kodonu u iRNK.


Slide 78

Translacija se odrigrava u tri faze:
• 1. U fazi inicijacije sklapa se ribozom od
velike i male podjedinice, iRNK prolazi
između podjedinica tako da se prvi kodon
nalazi naspram P-mesta, a drugi naspram
A-mesta. U P-mesto ribozoma dolazi tRNK
koja nosi aminokiselinu metionin. U Amesto dolazi tRNK sa antikodonom koji je
komplementaran 2. kodonu.


Slide 79

• 2. U fazi elongacije sintetiše se polipeptid.
Između aminokiseline na P-mestu (Met) i Amestu formira se peptidna veza. Veza između
Met i njegove transportne RNK se raskida i
tRNK napušta P-mesto. Posle ovoga dolazi do
translokacije: pomeranja ribozoma za jedan
kodon prema 3'-kraju iRNK tako da se tRNK sa
vezanim aminokiselinama sada nalazi u Pmestu, a A-mesto ostaje slobodno. Na A-mesto
tada dolazi tRNK čiji je antikodon
komplementaran 3. kodonu. Ceo proces
(ugrađivanja aminokiselina u polipetid) ponavlja
se sve dok se na A-mestu ne nađe STOPkodon.


Slide 80

• 3. Terminacija: kada se na A-mestu nađe
STOP-kodon (za koji ne postoje
odgovarajuće tRNK), za A-mesto se
vezuje oslobađajući protein koji zaustavlja
translaciju. Tada dolazi do raskidanje veze
između tRNK na P-mestu i polipeptida,
sintetisani polipeptid se oslobađa u
citoplazmu, ribozom se raspada na
podjedinice i translacija se završava.