Molekularna genetika

Prof. Dr Svetlana Lazić-Fišter

Departman: Ekologija i zaštita životne sredine

ElementigraĎe

nukleotida

Dvostruki heliks DNK

Komplementarno sparivanje baza vodoničnim vezama izmeĎu dva lanca DNK

Dvostrukavodonična vezaizmeĎu adeninai timina.

Trostruka vodonična vezaizmeĎu guaninai citozina.

Elementi graĎe molekula DNK

Okosnica DNKizgrađena od šećera i fosfatavezanih kovalentnomfosfodiestarskom vezom

Sineza nove DNK se odvija duž replikacione viljuške tako što DNK helikaza i proteini destabilizacije DNK

učestvuju u rasplitanju molekula – razdvajanju vodoničnih veza

Replikacija DNK

Replikacija DNK

kasneća nit vodeća nit

Novosintetisana DNK nit

Enzimi koji učestvuju u replikaciji DNK

1. Proteinski faktori rasplitanja a) Helikaza – raspliće lanac i raskida vodonične vezeizmeĎu nukleotida.b) Faktori destabilizacije lanca potpomažu rasplitanje.2. DNK polimeraza – ubacuje nukleozid trifosfate,odvaja se pirofosfat – ovo odvajanje daje energiju potrebnu za sintezu - uspostavljanje kovalentne veze unutar okosnice). Ubacivanje novih nukleotida se odvija po principu komplementarnosti – izgraĎuje se komplementarni lanac DNK.3. RNK polimeraza – primaza, pravi RNK početnicu4. Nukleaza – iseca RNK početnicu5. Ligaza – vezuje Okazakijeve fragmente

U novosintetisanoj DNK, uvek je jedan lanac stari- Replikacija je SEMIKONZERVATIVNA.

Sinteza novog lanca DNK odvija se takošto na - OH 3' C atoma jednog nukleotida DNK polimerazadodaje sledeći nukleotid njegovim 5' C atomom (za koji je vezana fosfatna grupa, tj. preko nje), tako da novi lanac napreduje od 5' prema 3' kraju.Komplementarni lanac je suprotno orijentisan.Stoga replikacija na ovom lancu, teče tako što sesintetišu fragmenti – Okazakijevi fragmenti(onoliko postepeno, koliko se stara DNK razmotava)jer polimeraza DNK uvek dodaje nukleozid trifosfate od 5' ka 3' kraju.Da bi se ovo desilo potrebna je RNK početnica – koju sintetiše RNK polimeraza, da bi DNK polimeraza nastavila da na nju nadodaje nukleotide. RNK početnicu potom iseca nukleaza. Fragmente vezuje ligaza.

JednolančanaRNK

Četiri baze koje izgraĎuju RNK:

ADENIN

GUANIN

URACIL

CITOZIN

GraĎa molekula RNK

Okosnica RNK -fosfodiestarska veza između šećera i fosfata

Transkripcija- Sinteza RNK

Eukarioti:RNK polimeraza I - rRNKRNK polimeraza II - iRNKRNK polimeraza III - tRNK

1. Prepoznavanje promotora6-12 nukleotida koji se kod raznih organizama razlikuju u 1-2 baze – konsenzus sekvence.

2. Inicijacija lanca – RNK polimeraza se vezuje za startno mesto i dovodi prvi nukleozid trifosfat u blizinu mesta početnog vezivanja

3. Elongacija lanca – RNK polimeraza se pomera duž lanca i dodaje nove nukleotide

4. Terminacija lanca – terminaciona sekvenca,stop signal, - odvaja se enzim i novosintetisana RNK

a) Samoterminacija – nekoliko adenina kojima predhodipalindromna sekvenca koja sadrži komplementarne regione, tako da se kraj RNK savija u obliku ukosnice.b) rho faktor – protein terminacije

Transkripcija - Sinteza iRNK

Transkripciju vrši: RNK polimeraza IIsa kodirajuće niti, "sense" niti DNK

1. Modifikacija oba kraja lancaU toku transkripcije, kada se vežeoko 20 nukleotida 5' kraj se pokrivakapom – Cap – struktura:metilirani guanozin koji se vezujeneuobičajenom 5' – 5' vezom.Na 3' sa vezuje poliadenilat –sekvenca od oko 200 adenozina.

2. Isecanje introna - nekodirajućihi spajanje – egzona - kodirajućih sekvenci.- Važna uloga malih jedarnih -snRNK

Obrada primarnogprepisa iRNKeukariota

2. Isecanje introna - nekodirajućihi spajanje – egzona - kodirajućih sekvenci.

Važna uloga malih jedarnih snRNK

Prvi položaj

U C A GTreći

položaj

UPhe

Phe

Leu

Leu

Ser

Ser

Ser

Ser

Tyr

Tyr

STOP

STOP

Cys

Cys

STOP

Trp

U

C

A

G

CLeu

Leu

Leu

Leu

Pro

Pro

Pro

Pro

His

His

Gln

Gln

Arg

Arg

Arg

Arg

UCAG

AIle

Ile

Ile

Met

Thr

Thr

Thr

Thr

Asn

Asn

Lys

Lys

Ser

Ser

Arg

Arg

UCAG

GVal

Val

Val

Val

Ala

Ala

Ala

Ala

Asp

Asp

Glu

Glu

Gly

Gly

Gly

Gly

U

C

A

G

Drugi položaj

Neobičnebaze

- dimetil guanin

- dihidrouridin

- izopentil adenin

- tiouridin

Ribozomi PROKARIOTA i EUKARIOTA

Aminoacil tRNK sintetaza koja je specifična za triptofanprepoznaje sa jedne strane sam triptofan, a s druge –i tRNK koja je specifična za triptofan - i vezuje triptofan za triptofansku tRNK. Triptofanska RNK nosi ANTIKODON koji odgovaraKODONU triptofana (kodon je prepis koda i on je šifra za upotrebu u citoplazmi)

U aminoacilno mesto - A, ulazi tRNK sa svojom aminokiselinom.U peptidilnom mestu – P, nalazi se poslednja tRNK sa svojom aminokiselinom koja je već uspostavila peptidnu vezu sa ostatkom lanca, pa tako nosi ceo prethodni peptidni lanac.U mestu A, poslednja pristigla aminokiselina uspostaviće peptidnu vezu sa poslednjom aminokiselninom u mestu P i ceo peptidni lanac će se preneti na poslednju tRNK u mestu A.

Inicijacija translacije- sinteze proteina

Za malu subjedinicu ribozoma vezuje se metionin tRNK

Uz pomoć proteinskih faktora inicijacije mala subjedinica ribozoma sa metionin tRNK vezuje se za iRNK u bliziniCAP strukture

Sledi prepoznavanje inicijalnog kodona AUG, nakon čegase otpuštaju proteinski faktori inicijacije

Tada se vezuje i velika subjedinica ribozoma

Metionin tRNK naspram inicijalnog kodona AUG, nalazi se na peptidilnom mestu ribozoma

U slobodno aminoacilno mesto ulazi sledeća aminoacil tRNK, koja je odreĎena sledećim kodonom

Formira se prva peptidna veza izmeĎu dve aminokiseline

Translacija - Sinteza proteina- Elongacija

U aminoacilno mesto - A,ulazi nova tRNK sa svojom aminokiselinom.U peptidilnom mestu – P,nalazi se prethodna tRNK sa svojom aminokiselinom koja je već uspostavila peptidnu vezu, sa prethodno izgraĎenim peptidnim lancempa tako nosi ceo prethodni peptidni lanac.U mestu A, poslednja pristigla aminokiselina uspostaviće peptidnu vezu sa poslednjom aminokiselninom čija je tRNK u mestu P i ceo peptidni lanac će se preneti na Poslednju pristiglu tRNK u mestu A.Potom će iz mesta P ispasti prazna tRNK,a ceo kompleks će se pomeriti iz mesta A u P.To će se desiti uz utrošak energije GTP.Istovremeno pomera se ceo ribozom za jedan kodon.Tako se oslobaĎa mesto A za novu odgovarajuću,tRNK sa njenom aminokiselinom, a prema sledećemkodonu koji ulazi u mesto A.

Pod dejstvom enzima peptidil transferazenadodaje se sledeća aminokiselina svojom amino grupom na karboksilnu grupuprethodne.

Uspostavljanje peptidne veze izmeĎu dve amino kiseline, koje nose njihove tRNK,u ribozomu.

Translacija - Sinteza proteina- Terminacija

Kada stop kodon uĎe u A mestonema ni jedne tRNK sa odgovarajućim antikodonomkoja nosi aminokiselinu.Tada u A mesto ulazi proteinskifaktor terminacije. Dolazi dohidrolize peptidne veze i otpuštase peptidni lanac sa poslednje tRNK. Ona – prazna, ispada iz ribozoma i ceo kompleks se dezintegriše.

Translacija - Sinteza proteina- Elongacija

Translacija - Sinteza proteina- Elongacija

CAT CAT CAT CAT

||| ||| ||| |||

GAT GAT GAT GAT

CAT CAT TAT CAT

||| ||| ||| |||

GAT GAT AAT GAT

CAT CA GAT CAT

||| || ||| |||

GAT GA CAT GAT

Originalna sekvenca DNK

I Supstitucija

II Delecija

CAT CAT GCAT CAT

||| ||| |||| |||

GAT GAT CGAT GAT

III Insercija

Tipovi mutacija:

A TT A

A T G C A*G TT A C G T C A

A T G C A*G TT A C G C C A

A T G C A G TT A C G T C A

A T G C A*G TT A C G C C A

A T G C G G TT A C G C C A

A T G C A G TT A C G T C A

A T G C A G TT A C G T C A

DNK replikacija

I

DNK replikacija

II

tranzicija

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A T C T A T G G T A T

| | | | | | | | | | | |

C T A G A T A C C A T A

G A U C U A U G G U A U

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A C C T A G G G T A T

| | | | | | | | | | | |

C T G G A T C C C A T A

G A C C U A G G G U A U

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A T C T A T A G T A T

| | | | | | | | | | | |

C T A G A T A T C A T A

G A U C U A U A G U A U

1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

G A T C T A T G G T A T G

| | | | | | | | | | | | |

C T A G A T A C C A T A C

G A U C U A U G G U A U G

Normalan segment DNK Pogrešna mutacija - misens

DelecijaBesmislena

mutacija - nonsens

Asp Leu Trp TyrTyrAsp Leu Glu

Asp LeuAsp Tyr Gly Met

Retke tautomerne promene nukleotida koje su prirodno moguće

Prirodni tautomernioblik citozina

Prirodni iminotautomernioblik citozina

Retke spontane promene nukleotida koje mogu dovesti do mutacija

Mehanizmi popravka

Jedan od mehanizama popravka podrazumeva isecanje pogrešno sparenih baza i njihovu zamenu ispravnim, tako da polimeraza DNK može da nastavi da dodajeNukleotide.

Enzimi koji mogu učestvovati u popravci DNK:- Endonukleaze – seku DNK - Egzonukleaze – odvajaju nukleotide- DNK polimeraze – popunjavaju

nastale šupline- Ligaze – vezuju

- Distorzija DNK na jednom njenom deluu odnosu na susedni

- Enzim DNK topoizomeraza koja sadržitirozin u svom aktivnom mestu prepoznaje neispravan region DNK

- DNK topoizomeraza se vezuje kovalentnoza DNK fosfat razarajući fosfodiestarsku vezu jednog lanca DNK

- Na taj način drugi lanac DNK može da rotira i ispravi uvrnuti lanac

- Energija fosfodiestarske veze akumuliranaje u fosfotirozinu, što reakciju čini povratnom

- Spontano, ponovno formiiranje fosfodiestarske veze regeneriše kako DNK heliks, tako i DNK topoizomerazu u nepromenjenom obliku