http://learn.genetics.utah.eduhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genomes/

MOLEKULARNA OSNOVA NASLEDJIVANJA

Osnovne karakteristike genetičkog materijala

• čuvanje genetičke informacije– u strukturi DNK

• Samoudvajanje– kroz replikaciju

• Sposobnost kontrole fenotipa– kroz sintezu proteina

• promenljivost– putem mutacija

Zašto DNK?

struktura

Baze:purini (adenin i guanin)pirimidini (timin i citozin)

(uracil)Fosfatna grupaPentozni šećer

• Makromolekuli, DNK i RNK• DNK - dvostruki polinukleotidni lanac

nukleotidi

Homo sapiens, “mlada vrsta”

Ljudi na nivou nukleotida imaju oko98,8% sličnosti sa šimpanzama, ajedinke unutar vrste Homo sapiensmedjusobno se razlikuju u proseku u1/500-1000 nukleotida.

Organism Genome Size (Bases) Estimated GenesHuman (Homo sapiens) 3 billion 30,000

Laboratory mouse (M. musculus) 2.6 billion 30,000

Mustard weed (A. thaliana) 100 million 25,000

Roundworm (C. elegans) 97 million 19,000

Fruit fly (D. melanogaster) 137 million 13,000

Yeast (S. cerevisiae) 12.1 million 6,000

Bacterium (E. coli) 4.6 million 3,200

Human immunodeficiency virus (HIV) 9700 9

JEDARNA DNK3.2 Gb

mt DNK16.5kb

GENSKA DNK25%

VANGENSKA DNK75%

UNIKATNE KOPIJE21%

kodirajući iregulatorniRegioni1.5%

nekodirajućiRegioni23.5%

tandemskiPonovci9%

ponavljajućaDNK54%

rasutiPonovci45%

satelitskaDNK5%

mikroSateliti1%

miniSateliti3%

SINE13%

LINE21%

LTR8%

DNKtranspozoni3%

Klasifikacija humanog genoma i DNK sekvenci prema strukturi i funkciji

replikacijaosnovne osobineSemikonzervativnostKomplementarnost

neophodnoRNK prajmerDNK polimeraza III (5’→3’)

kod eukarioita

Više početaka replikacije

Lančana reakcijapolimeraze

Pol III 3’→5’editovanje, tj. provera čitanja

Pol III 5’→3’polimerizacija

kraj replikacije kod eukariota - telomere

-kraj replikacije – uklanjanje RNK prajmera-5’ praznina-enzim telomeraza, RNK enzim-sinteza trinukleotida na DNK na osnovu RNK templeta-ponavljanje sinteze-ligazom i polimerazom se sintetiše DNKna osnovu dodatog RNK prajmera

-ukloni se prajmer-hromozom je sačuvao dužinu

Geni sadrže instrukcijeza stvaranje proteina

ćelijahromozomi

geni

genom

Proteini delujupojedinačno iliudruženo u kompleksuu obavljanju različitihćelijuskih funkcija

proteini

DNK

•ekspresija gena do ishoda - fenotipa

• Trilioni ćelija u organizmu, na primer, čoveka• Svaka ćelija po 46 hromozoma = 2m DNK• 3 milijarde subjedniica (baza A,T,G,C)• Oko 30 000 gena kodira za proteine osnovnih životnih funkcija

ćelija

•ekspresija gena do ishoda - fenotipa

•ekspresija gena do ishoda - fenotipa

KOD↓

KODON↓

ANTIKODON

DNK↓

i-RNK↓

t-RNK↓

POLIPEPTID

Stuktura gena eukariota

egzoniintroni

• Genske familije

aktini, globini, miozin, proteini jajeta, Ig, ....

Tandemske genske familije

Histoni, geni za r-RNK (organozator nukleolusa), t-RNK,

TRANSKRIPCIJA

promotor gena prokariota i eukariota

RNK polimeraza se vezuje za promotorPrepoznajući konsenzus sekvence duž DNK......

Transkripcija – sinteza RNK molekula

3 osnovna tipa RNK molekula

translacija– sinteza polipeptida

GENETIČKI KOD (ŠIFRA)

• UNIVERZALNOST• IZROĐENOST• NEPREKLAPANJE• KONTINUIRANOST

Translacija

različiti nivoi regulacije ekspresije genakod eukariota

• postgenomska era• više nema tehničkih barijera za

dobijanje informacija o genomu -izazov – razumevanje proteoma,transkriptoma, metaloboma...

• teško polje istraživanja - nedostajumetode za potpuno deifnisanje

• Svaka ćelija ima isti genom, istu DNKsekvencu sa kojom se radja, ali svakaćelija u telu ima drugačiji proteom, a onse menja i kroz vreme.

• Ex:Pri infekciji, proteom se menja ućelijama, kao imuni odgovor. Lekovi,vežbanje, ishrana..proteomi se menjajukao odgovor na fluktuacije iunutarćelijskoj i medjućelijskoj sredini.

• Prelaz sa klasičnog razmišljanja “jedangen - jedan protein - jedan fenotip narazumevanje složenih fenotipova

• Mutacije– promene u genima,

hromozomima– slučajni dogadjaji– spontane / indukovane– germinativne/somatske

nastanak tumorakarcinogeneza

delovanjem agenasa,mutagena

naslednekroz generacijeu populacijama

Promenljivost genetičkog materijala

OSOBA 1

OSOBA 2

OSOBA 3

DNK SEKVENCA

NORMALNI PROTEIN

NEFUNKCIONALNI PROTEIN

IZMENJENI PROTEINDOVODI DO POREMEĆAJA, OBOLJENJA

spontane mutacije

• tokom replikacije• tautomerni oblici

tranzicije

transverzije

bez efekta na fenotip- “tihe”- DNK polimorfizmi- neutralnesa efektom na fenotipna nivou translacije proteinanonsens - zaustavljanje translacijemisens - zamena amino kiseline“frameshift”- promena celog polipeptida