of 40 /40
• Dinamika strukture DNK – helix – coil (razvijeni niz) prelazi (reversibilna denaturacija-renaturacija) • Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije molekula DNK sa – vodom – ligandima

Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

• Dinamika strukture DNK– helix – coil (razvijeni niz) prelazi

(reversibilna denaturacija-renaturacija)

• Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK

• Interakcije molekula DNK sa – vodom – ligandima

Page 2: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK

• Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

• UV spektar nativne i denaturisane DNK

• Krive topljenja DNK i Tm:– efekat baznog sastava DNK– efekat jonske sile rastvora

• Kooperativna priroda prelaza

• Primena: hibridizacijaPCR

Page 3: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

UV spektar nativne i denaturisane DNK

Page 4: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Termalna denaturacija DNK kao funkcija sastava baza (kao % GC) za tri vrste bakterija: (a) Pneumococcus (38% GC). (b) E. coli (52% GC). (c) M. phlei (66% GC)

Krive topljenja DNK

Zavisnost Tm od baznog sastava:Tm = 69.3 + 0.41(%C)

Page 5: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Zavisnost Tm od jonske sile rastvora

Page 6: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Sredstva za denaturaciju:

Page 7: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

“Topljenje” DNK

Page 8: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Delimično denaturisana DNK

Page 9: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Kooperativna priroda prelaza (na model sistemima!)

Page 10: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Kooperativna priroda prelaza

Page 11: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Renaturacija za (a) kratke oligonukleotidei dugačke homo-polimere i (b) za nativne DNA nizove

Page 12: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Primena: hibridizacija (DA/DNA; DNA/RNA

Page 13: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Kary B. MullisPCR: Polymerase Chain ReactionNobelova

nagrada1993

Page 14: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina
Page 15: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Amplifikacija

Page 16: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Primena PCR-a

• Detekcija infektivnih bolesti

• Detekcija varijacija i mutacija u genima:– detekcija urođenih bolesti, kancera...

• Detekcija bolesti u prošlosti– detekcija od čega su ljudi u prošlosti bolovali

(John Dalton je bio daltonista jer mu je nedostajao gen za jedan pigment!)

• PCR i zakon!!

Page 17: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK

Endogeni izvori oštećenja DNK

1. Dezaminacija2. Depurinizacija: 2,000 - 10,000 oštećenja/ćelija/dan3. Oksidativni stres: 10,000 lezija/ćelija/dan

Egzogeni (iz okoline) izvori oštećenja DNK

1. Alkilujući agensi2. X-zraci3. Karcenogeni iz hrane4. UV-zraci5. Pušenje

Page 18: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Reakcija dezaminacije citozina u uracil (iako spora) objašnjava zašto se u DNK nalazi timin, a ne uracil!!!!

N N

NN

NH2HO

N NH

NN

NH2HO

N NH

NN

O

Mechanism:

H2O

- NH3

Page 19: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Depurinizacija u abazni centar

N NH

NN

O

NH2O

O

O

OHOO

O

Abasic site (AP site)

H2O

N NH

NNH

O

NH2

2 000 – 10 000 lezija/ćelija/dan

Page 20: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Oksidacija baza u DNK

H3CNH

N

O

O

H3CNH

N

O

OHO

HO

thymine glycol

N NH

NN

O

NH2

HN

NH

NN

O

NH2

O

8-oxo-G

Reaktivne vrste kiseonika: HO•, H2O2, ONOO-

Kod ljudi: 10 000 oksidativnih lezija/ćelija/dan

Page 21: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

UV zraci izazivaju oštećenje DNK

UV-zraci izazivaju nastajanjedimera susednih pirimidina(timina)

Page 22: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Opravka (“repair”) DNK

► DNK je jedini biološki makromolekul koji se opravlja. Svi ostali se zamenjuju!!!

► Čak i u organizmima sa vrlo malim genomom nalazi se više od 100 gena za opravku DNK!

► Kancer je posledica neadekvatne opravke DNK!

Page 23: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Primer: DNK fotoliaza

Fotoliaza postoji kod mnogih organizama,ali ne i kod čoveka!!!

Page 24: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Interakcije DNK sa ligandima:

Interakcije DNK sa vodom

Interakcije DNK sa:- metalnim jonima- malim molekulima- proteinima

Page 25: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Nukleinske kiseline i voda

•Voda je neophodna za stabilizaciju sekundarne i tercijerne strukture NK

•Smanjuje odbijanje medju fosfatima

•Stepen hidratacije se razlikuje kod kanonskih A i B DNK-konformacija

Page 26: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Vrste hidratacije

Primarna hidrataciona ljuska:-nije propustljiva za katjone-20 molekula H2O/nukleotid u dvostrukom heliksu DNA:- (5-6 H2O hidratiše fosfatne kiseonike,- 5-6 H2O hidratiše fosfodiesterske O i furanozne O´,- 8-9 H2O hidratiše funkcionalne grupe u bazama(amino, imino, keto )

Sekundarna hidrataciona ljuska:skoro se ne razlikuje od okolne vode, propustljiva je za jone

Primarna i sekundarna hidrataciona ljuska

Preferentna mesta za vezivanje vode

Page 27: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

„Hidrataciona kičma“

d(CGCGAATTCGCG) B-DNK d(CGCG) A-DNK

Molekuli H2O povezuju/premošćuju O2timina i N3 adenina u susednim parovima baza

Molekuli H2O premošćuju fosfate u velikoj brazdi

Page 28: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Mesta vezivanja liganada za DNK

Interkalacija

Razni molekuli (metalni joni, lekovi, ksenobiotici, proteini.....)interaguju sa DNKi utiču na njenu strukturu i funkciju!

Page 29: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Preferentna mesta za vezivanje metalnih jona

Koji se metalni joni vežu?Alkalni metali: joni Li, Na, K, Rb, CsZemnoalaklani metali: joni Mg, Ca, Sr, BaJoni prelaznih metala: Mn(II), Ru(III), Os (VI), Co(III), Co(II), Ni(II),

Pd(II), Pt(II), Cu(II), Ag(I), Au(III), Zn(II), Cd(II), Hg(II)

Gde se vežu?Baze fosfati Hidroksilne grupe

šećeraJoni prelaznih metala

Joni alkalnih i zemnoalaklnih metala

Page 30: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Interkalacija

Umetanje planarnih aromatičnih molekula izmedju 2 susedne baze pri čemu dolazi do deformacije fosfodiestarske kičme!

Primeri interkalatora

Daunomicin(grupaantraciklina)

Aktinomicin D (peptidni antibiotik)

Etidium bromid (eksperimentalni rad saDNK!!!)

Page 31: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

DNK - daunomicin

DNK – daunomicin komplex:- sprečava se replikacija DNK- specifičan za sekvence d(CpG) ⇒distorzija helixa, što sprečavainterakcije DNK sa DNK-helikazom,topoizomerazom i DNK-polimerazom.

Moore, M. H., Hunter, W. N., d'Estaintot, B. L., Kennard, O.: DNA-drug interactions. The crystal structure ofd(CGATCG) complexed with daunomycin. J Mol Biol 206 pp. 693 (1989)

Page 32: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

L-DNK

DNK zasićena kompleksom platine:nastaje L („ladder“) L-DNK

[(bipy)Pt(en)]2+ ….. etilendiamin-(2,2’-bipiridin)platina(II)

Page 33: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Kako proteini prepoznaju određenesekvence baza u DNK?

Page 34: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Interakcije između proteina i nukleinskih kiselina

• Soni mostovi između fosfata i baznih ak ostataka

• Vodonične veze izmedju fosfata, šećera i baza u NK i peptidnih veza i hidrofilnih ak. ostataka

• “Stacking” interakcije između aromatičnih ak. ostataka (Phe, Tyr, His i Trp) i nukl. baza

• Hidrofobne interakcije (efekat) izmeđunukleinskih baza i nepolarnih aminokiselinskihostataka

Page 35: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Interakcije aminokiselinskih ostataka sanukleinskim bazama i fosfatom

Page 36: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Vezivanje ß-pločica

Page 37: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Vezivanje α-heliksa

434 represorni protein

Page 38: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Kontakti između baza i ak u 434

Page 39: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina

Leu “zipper”

Page 40: Reakcije baza: mutacije/oštećenja DNK • Interakcije ...vniketic/pnk/16_nukkis.pdf · Reversibilna denaturacija i renaturacija DNK • Denaturacija DNK vs denaturacija proteina