Informacioni molekuli

DNK, RNK, ПРОТЕИНИ

Да би неки биомакромолекул могао да буденосилац и преносилац генетичке информације онмора да испуни следеће услове:

ОВЕ УСЛОВЕ ИСПУЊАВА ДНК

1. Мора да носи информацију

Генетички код

2.Мора да има способност реплицирања

ДНК репликација

3.Мора да обезбеди промене информације

Мутације

4.Мора да утиче на експресију фенотипа.

Генска функција (транслација)

Током 19. века па све до открића секундарнеструктуре ДНК (Вотсона и Крик) сматрало се да супротеини одговорни за пренос наследнихинформација из генерације у генерацију.

Тешко је било замислити да молекул који се састоји одсамо четири градивна елемента може да буденосилац генетичке информације.

У прилог оваквом мишљењу ишла је и чињеница дахромозоми садрже по тежини мање ДНК негопротеина.

Алфабет од 20 “слова” од којих су сачињени протеиничинио се вероватнијом структуром за преносинформација у односу на алфабет од 4 “слова” одкојих је сачињена ДНК.

ПРИМАРНА СТРУКТУРА ДНК Основна градивна јединица ДНК је нуклеотид.

Сваки нуклеотид се састоји од три компоненте :

једног молекула азотне базе,

једног молекула шећера пентозе (дезоксирибоза)

једне фосфатне групе.

Азотне базе могу бити:

пуринске (пурини):

аденин(А) и гуанин(G)

пиримидинске(пиримидини):

цитозин(C) и тимин(Т).

ГРАЂА НУКЛЕОТИДА

НУКЛЕОТИД

Дезоксирибонуклеотид

фосфат тимин

дезоксирибоза

Нуклеотиди су међусобно повезани градећи полинуклеотидни ланац.

Везе између нуклеотида у том ланцу су фосфодиестарске

Остварују се тако што се трећи C-атом (C3’) пентозе једног нуклеотида веже за пети C-атом(C5’) пентозе наредног нуклеотида у ланцу.

Таквим повезивањем на једном крају ланца остаје слободна хидроксилна група везана за C3’ (тај крај се назива 3’ крај), а на другом фосфатна група везана за C5’ атом (то је 5’ крај).

Почетак полипептидног ланца је 5' крај.

ПРИМАРНА СТРУКТУРА НУКЛЕИНСКИХ КИСЕЛИНА

Чини је врста, број и редоследнуклеотида у полинуклеотидномланцу, повезаних јаким, ковалентнимфосфодиестарским везама. Такав ланац има свој 5´ и 3´ крај.

Варијабилност примарнеструктуре ДНК је огромна

Број различитих редоследа нуклеотидаје 4n, где је n број нуклеотида који чинеланац ДНК.

Ако се нпр. ланац ДНК састоји од само 100 нуклеотида, билоби могуће предвидети постојање 1056 молекула саразличитим редоследом нуклеотида.

Природни молекули ДНК састоје се од великог бројануклеотида (најмањи молекул ДНК имају вируси и он се

састоји од око 5000 нуклеотида) чиме сеобезбеђује огромна разноврсностбиолошких врста.

СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА ДНКСекундарну структуру ДНК успели су да

одгонетну Вотсон и Крик 1953.год.

Основу те структуре чини дволанчаназавојница (спирала).

два полинуклеотидна ланца који се спирално увијају и повезани су водоничним везама.

Два полинуклеотидна ланца суантипаралелна што значи да се наспрам 5’ краја једног ланца налази 3’ крај другог, иобрнуто.

СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА ДНК

Чине је два полинуклеотидна ланцаповезана слабим водоничним везамапреко наспрамних азотних база.

Вотсон и Крик – модел дволанчане ДНК завојнице

Принцип комплементарности и антипаралелности

Принципи на коме се заснива секундарна структура ДНК, омогућавају да редослед база у једном ланцуаутоматски одређује редослед у другом.

Ако са пентозе једног ланца полази пуринска база, сапентозе наспрамног полази пиримидинска база која ће сеса њом везати и обрнуто.

Базе које се везују су КОМПЛЕМЕНТАРНЕ – наспрам аденинатимин, а наспрам гуанина цитозин и обрнуто.

Наспрамне базе се повезују ВОДОНИЧНИМвезама : А и Т су међусобно повезани са две (А=Т); а G и C са три (GC).

TG

CGAA

TC T

AGT C

A AC

GT

5′

5′

3′

3′

Два полинуклеотидна ланца су антипаралелна што

значи да се наспрам 5’ краја једног ланца налази 3’

крај другог, и обрнуто.

ПРИНЦИП АНТИПАРАЛЕЛНОСТИ И КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ

Комплементарност –

спајање пуринске базе једног и

пиримидинске базе другог ланца

и то:

A-T

C-G

Антипаралелност – два

ланца оријентисана у супротном

смеру.

Чаргафова правилаОдноси броја база у молекулу су:

А/Т= 1 и

G/C=1

тј. број молекула А једнак броју молакулаТ, што важи и за G и C

исто тако је и број пуринских нуклеотидаједнак броју пиримидинских нуклеотидатј. А+G/Т+C= 1

Занимљиви детаљи грађе ДНК Фосфатне групе су окренуте према спољашњој страни и заједно са

пентозама чине скелет завојнице

Потребно је да се наизменично веже по 10 пентоза и 10 фосфатних група да би се формирао спирални навој, односно 11. пентоза се нађе у оси прве.

Ланци су увијени један око другог тако да се дуж дволанчане завојницепростиру два жљеба: велики и мали.

Пуринске и пиримидинске базе се налазе у унутрашњости завојнице густоспаковане једна над другом, а равни база су нормалне на осу завојнице.

ДНК завојница има целом дужином исти пречник.

Ако са пентозе једне скелетне нити полази пуринска база, са пентозе наспрамне полази пиримидинска база која ће се са њом везати и обрнуто.

Кад се вежу једна пуринска и једна пиримидинска, одржава се стално растојање међу скелетним нитима молекула ДНК зато што пар пурин -пиримидин има исту величину 10.9 nm, при чему је растојање у пару 0.3nm

Пречник двоспирализованог ланца ДНК је око 2nm.

фосфор

Угљеник у склетном низу

фосфата и шећера

водоник

кисеоник

базе

Мали жљеб

Велики жљеб

ДЕНАТУРАЦИЈА ДНК

Денатурација

ДНК

загревањем

Денатурација

ДНК

загревањем

Хлађењем се поново

успоставља секундарна

структура ДНК.

реверзибилан процес

ПРИМАРНА И СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА РНК

Основна градивна јединица РНК је нуклеотид. Нуклеотиди ДНК и РНК разликују се по пиримидинским базама и пентози: уместо тимина РНК има урацил, а шећер је рибоза.

РНК су једноланчани молекули који настају тако што се нуклеотиди повезују фосфодиестарским везама.

Природа ових веза је иста као у ДНК, само што уместо дезоксирибозе учествује рибоза.

Иако једноланчана, у неким врстама РНК (тРНК и рРНК) постоје краћи или дужи дволанчани региони

Имају и она се остварује успостављањем водоничних веза унутар једног полинуклеотидног РНК ланца.

ИМАЈУ ЛИ РНК СЕКУНДАРНУ СТРУКТУРУ?

У ћелији постоје три врсте РНК :

информациона РНК (и-РНК),

транспортна РНК (т-РНК) и

рибозомска РНК (р-РНК).

Све три врсте настају преписивањем одређених делова једног ланца ДНК, односно преписивањем гена. РНК представљају копије гена.

Ћелије једног организма се међусобно разликују по и-РНК и т-РНК које садрже док су р-РНК и ДНК у свим ћелијама једног организма исте.

Информациона РНК настаје преписивањем структурних гена који садрже

упутство за синтезу полипептида.

Улога и-РНК је да то упутство (информацију) за синтезу полипептида пренесе до рибозома (место синтезе протеина).

Синтеза и-РНК почиње онда када је ћелији потребан неки протеин, а када се обезбеди довољна количина протеина и-РНК бива разграђена.

Транспортна РНК

Настаје преписивањем мале групе специфичних гена.

Транспортна РНК има улогу да преноси аминокиселине до рибозома.

Рибозомска РНКНастаје преписивањем гена који се

заједнички називају »организатори једарцета«.

Њена улога је да заједно са одређеним протеинима награди рибозоме.

НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ - СЛИЧНОСТИ И РАЗЛИКЕ

ДНК РНК

делови нуклеотид

а

структура молекула

место у ћелији

улога

НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ - СЛИЧНОСТИ И РАЗЛИКЕ

ДНК РНК

делови нуклеотид

а

1.дезоксирибоза2.фосфатна група3.азотна база

а) пуринска-аденин-гуанин

б) пиримидинска-тимин-цитозин

1.рибоза2.фосфатна група3.азотна база

а) пуринска-аденин-гуанин

б) пиримидинска-урацил-цитозин

структура молекула

дволанчана спирала једноланчан молекул

место у ћелији

једро једро,цитосол

улога носилац гена синтеза протеина

ТЕРЦИЈАРНА СТРУКТУРА ДНК

ДНК

хистонски

протеин

хромозом Паковање ДНК са

хистонима у хроматин и

хромозоме

HROMATIN На основу молекулске масе ДНК и податка да један пуни завој има

дужину од 3,4 nm, лако се може израчунати укупна дужина испруженедволанчане завојнице ДНК у некој ћелији.

Тако, укупна дужина дволанчене ДНК у једној јединој ћелији човекаизноси око 2 m.

Треба имати у виду да је пречник типичне ћелије око 20 м, а њеногједра 5-10 m.

Наведени примери јасно указују да ДНК мора бити веома чврстоупакована да би се уопште могла сместити у ћелију.

То подразумева да поред секундарне структуре, постоје и други нивоиорганизације ДНК.

И заиста, у свим ћелијама ДНК је суперспирализована, што значи да једвострука спирала још много пута испресавијана и чврсто упакована. Утом паковању учествују протеини са којима је ДНК чврсто везана.

У свим ћелијама ДНК се налази у хромозомима који се појављују уједру непосредно пре и за време ћелијске деобе.

У периоду између две деобе (у интерфази) хромозомски материјал јераспоређен по целом једру као дифузна маса и назива се хроматин.

Занимљивости

Телесна људска ћелија има 46 хромозома.

Ако се измери укупна дужина DNK у свим хромозомима, добија се вредност од око 2m.Треба имати у виду да је пречник једра 5-10mm.

Укупна дужина DNK у свим ћелијама људског тела износи 2x10¹¹ km, што је много пута веће од обима Земље или растојања између Земље и Сунца.

Због тога ДНК мора да се намотава и на различите начине пакује.

Хроматин еукариота се састоји од ДНК, протеина имале количине РНК.

Протеини хроматина се сврставају у две класе:

хистоне и

нехистонске протеине, при чему су хистониважни за паковање ДНК.

Хроматин(обрађен неким ензимима) се подмикроскопом може видети као, перластаструктура, танка нит на којој су нанизанеперле.Танка нит је ДНК, а перле су комплекси ДНКи хистона названи нуклеозоми.

Nuklozom Nukleozom se sastoji od histonskog oktamera oko koga

je DNK namotana skoro 2 puta (tačnije 1,8 puta).

Oktamer se sastoji od 8 molekula histona : po dva molekula histona H2A, H2B, H3 i H4.

Histon H1 je vezan za DNK na mestu gde ona ulazi i napušta nukleozom. Između nukleozoma je tzv. vezujuća(linker)

Pakovanjem u nukleozome DNK se prividno skraćuje oko 7 puta, ali to još uvek nije dovoljno za smeštanje DNK u jedro.Ta činjenica ukazuje na postojanje dodatnih nivoa spiralizacije DNK kao što su solenoidne strukture i dr.

ХРОМАТИН = ДНК + 2 КЛАСЕ ПРОТЕИНА

ХИСТОНИ H1; H2A; H2B; H3; H4

-мали протеини (100- 200 аминокиселина)

-20-30% ARGININ+ i LIZIN+

-високо конзервирана А.К. секвенца

-важни за структурну организацију хроматина

-неспецифични инхибитори експресије гена

НЕХИСТОНИ мала количина – неколико класа

-ензими репликације и транскрипције

-модификатори хистона

-регулаторни протеини – специфични

активатори гена

NUKLEOZOM

DNK H1 histon

nukleozom

jezgro 8 molekula histona: 2xH2A, 2xH2B, 2xH3, 2xH4

nukleozom

DNK

H1 histon

oktamerno

histonsko jezgro

30

nm

nukleozom

HROMATINSKA NIT

NUKLEOZOMNA NIT

2 nm

11 nm

30

nm

300

nm

700

nm

1400

nm

nukleozomi

30 nm

hromatinska

nit

metafazni

hromozom

Хромозоми еукариота

Хромозоми су телашца карактеристичног облика која се у једру могу уочити за време деобе.

Најбоље се уочавају за време метафазе митозе па се називају метафазни хромозоми.

Хромозоми

посматрани

електронским

микроскопом

хроматида

Грађа метафазног хромозома

Свака хроматида је уздужна половина хромозома и има један молекул DNK, а цео метафазни хромозом има два једнака молекула DNK.

Сестринске хроматиде се образују удвајањем (репликацијом) DNK тако да су потпуне једнаке (отуда назив сестринске).

Центомера се види као сужење хромозома и она повезује хроматиде. Центромера усмерава кретање хромозома за време деобе.

центромера

центромера

једна

хроматида

њена

сестринска

хроматида

Сваки

метафазни

хромозом се

састоји од • две сестринске

хроматиде и

•центромере

(примарног

сужења)

Положај центромере хромозома

Метацентричан

Телоцентричан

Субметацентричан

Акроцентричан

центромера

Број хромозома је сталан и карактеристичан за сваку биолошку врсту.

диплоидан број хромозома (грч. диплоос =

двострук) Обележава се као 2n. Јавља се

код телесних ћелија. Кажемо да су то две

гарнитуре хромозома

хаплоидан број хромозома (грч.

хаплоос = једнострук) Обележава се

као n. Јавља се код полних ћелија

(гамета). Кажемо да је то једна

гарнитура хромозома

Хаплоидне

ћелије– људски

гамети

Хаплоидно и диплоидно стање

Диплоидна ћелија

– телесна ћелија

Хаплоидни

сперматозоид

Хаплоидна јајна

ћелија

Оплођење

Очински хомолог

Мајчински хомолог

Хромозоми који су међусобно слични, а потичу један одмајке, а други од оца, чине парове хомологих хромозома.

ХОМОЛОГИ ХРОМОЗОМИ

Мајка

Дете

Отац

Задатак: организам је 2n = 4. Хромозоми 1 и 2 су

хромозоми

Хромозоми 3 и 4 су

хромозоми

Хромозоми 1 и 3 долазе од

Хромозоми 2 и 4 долазе од мајке

оца

хомологи

хомологи

Кариотип

Кариограм

2n = 46, XY

2n = 46, XX

ово је пар хомологих хромозома

Кариограм

Хромозоми 4 и 5

човека

FISH (fluorescentna

in situ hibridizacija)

Humani hr. 4 obojen fuloresecntonom bojom

Chromosome painting primenom FISH metode

Општа структураамино киселина

Амино група (-

NH2)

Карбоксилна група (-COOH)

-R остатак има различиту структуру и особине

(растворљивост, наелектрисање, елементарни састав)

Aminokiseline sa nepolarnom (hidrofobnom) bočnom grupom

Aminokiseline sa

nenaelektrisanom (polarnom)

bočnom grupom

Aminokiseline sa (-) naelektrisanom (kiselom)

bočnom grupom

Aminokiseline sa (+) naelektrisanom

(baznom) bočnom grupom

IZDVAJAJU SE I:

Aromatične

aminokiseline:

Trp, Phe, Tyr

Aminokiseline sa

sumporom:

Met, Cys

У грађењу пептидне везе учествују карбоксилна група једне амино-киселине и амино-група друге амино-киселине.

ФОРМИРАЊЕ ПЕПТИДНЕ ВЕЗЕ

Н2О

N- терминус С- терминус

Пептидна веза

N- терминус С- терминус

ПРИМАРНА

СТРУКТУРА

СЕКУНДАРНА

СТРУКТУРА

ТЕРЦИЈАРНА

СТРУКТУРА

Два или више

полипептидна

ланца

КВАТЕРНЕРНА

СТРУКТУРА

Увијени

ланац

- β паралелне плоче

- α хеликс

- неправилно

клупче

линеарна секвенца амино киселина

ПРИМАРНА СТРУКТУРА

секвенца АК (број, редослед и садржај!!!)

СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА

α хеликс, β паралелне плоче, насумичноклупче

ТЕРЦИЈАРНА СТРУКТУРА

линеарни или глобуларни

Нативна конформација – функционалниоблик

Нарушава се ДЕНАТУРАЦИЈОМ

КВЕРТЕНЕРНА СТРУКТУРА

више субјединица

Одређена бројем и редоследом амино-киселина.

Примарна структура протеина

Одређена формирањем водоничних веза између N-H и C=O

групе две пептидне везе несуседних амино-киселина.

Секундарна структура протеина

β-плочаα-хеликс

водоничне везе

Терцијарна структура протеина

полипептидни ланац

Дисулфитне

везе Водоничне везе

Јонске везе

Ван дер Валсове силе и

Хидрофобне интеракције

Настаје када полипептидни ланац заузме коначни

тродимензионални облик - нативну конформацију.

Терцијарна структура протеина

ФИБРИЛАРНИ ПРОТЕИН

МиоглобинКолаген

ГЛОБУЛАРНИ ПРОТЕИН

Произилази из начина на који се субјединице повезују.

Кватернарна структура протеина

Хем

КВАРТЕРНАРНА СТРУКТУРА ХЕМОГЛОБИНА

Денатурација – раскидање слабих веза и нарушавање

секундарне и терцијарне структуре протеина.

ДЕНАТУРАЦИЈА ПРОТЕИНА

ДЕНАТУРАЦИЈА

Денатурисано стањеПротеин

УЛОГЕ ПРОТЕИНА

1. Структурни (градивни) протеини

2. Транспорни протеини

3. Одбрамбени протеини

4. Унутарћелијска кретања

5. Резервоари аминокиселина

6. Ензими

7. Протеински хормони

Literatura http://www.bionet-skola.com/w/Molekularna_biologija Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, Beograd, 1986. Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997. Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd,

2001. Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002. Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu

psihologiju, Beograd, 2002. Tanja Berić, Gordana Subakov-Simić, Peđa Janaćković – Biologija 1

udžbenik biologije za prvi razred gimnazije, Logos, Beograd, 2014. Korišćeni su slajdovi sa cedea koji ide uz udžbenik

Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000