Replikacija, transkripcija i translacija

Centralna dogma u biosintezi proteina DNK iRNK Transkripcija Polipeptid (protein)‏ Translacija Ribozom Replikacija Replikacija – udvajanje genetskog materijala Transkripcija – prepisivanje genetske informacije sa DNK na iRNK Translacija – prevođenje genetske informacije u redosled AK u proteinu

Struktura nukleinskih kiselina 5’ kraj lanca 3’,5’ fosfodiestarska veza 3’ kraj lanca Timin (T)‏ Uracil (U)‏ Citozin (C)‏ Guanin (G)‏ Adenin (A)‏ Pentoze Riboza Dezoksiriboza

Struktura nukleinskih kiselina Razlike u strukturi DNK i RNK molekula Komplementarnost baza : A – T (U)‏ G - C DNK RNK Dupli heliks Monolanci raznih oblika Šećer dezoksiriboza Šećer riboza Sadrži pirimidinsku bazu timin Sadrži pirimidinsku bazu uracil umesto timina Veća molekula od RNK Manja molekula od DNK Adenin Timin 5’ kraj Guanin Citozin 3’ kraj Mali žleb Veliki žleb

Organizacija eukariotske DNK Superspiralizovane petlje Nukleofilamenti dvostruki heliks Histoni Nukleozomi Solenoidna stuktura Nukleofilamenti (hromatinska vlakna debljine 30nm) Superspiralizovane petlje Metafazni hromozom Hromatida Centromera

REPLIKACIJA Semikonzervativna replikacija- jedan lanac nove molekule DNK je novosintetisan a drugi potiče od roditelja Faze replikacije: Odmotavanje duplog heliksa DNK i separacija lanaca Kopiranje oba lanca DNK

REPLIKACIJA Prokariote Eukariote Dve cirkularne DNK Replikaciona viljuska Novosintetisani lanci Originalni lanac Roditeljski lanci Novosintetisani lanci Mesta početka replikacije Replikaciona viljuska Replikacioni baloni Ori C

Stvaranje replikacione viljuške Ori C region Mesta za vezivanje DnaA proteina DnaA protein ATP DNK helikaza SSB proteini + primaza SSB Primaza DnaA protein – prepoznaju specifične nukleotidne sekvence koje određuju mesto inicijacije replikacije DNK helikaza – drži lance DNK odvojene u cilju odmotavanja duplog heliksa SSB proteini – drže lance DNK odvojene i štite DNK od nukleaze Primaza (RNK polimeraza) sinetiše kratke delove RNK, komplementarne i antiparalelne u odnosu na DNK matricu

Inicijacija replikacije BITNO!!! Proces sinteze ovog (komplementarnog lanca DNK) zahteva prisustvo kraćeg lanca RNK (RNK prajmer)‏ DNK polimeraza III Topoizomeraza Primaza (RNK polimeraza)‏ SSB proteini RNK prajmer DNK helikaza Primazom čine primaza, helikaza i nekoliko drugih proteina koji pomažu aktivnost helikaze

DNK polimeraze Razlike DNK polimeraze I i DNK polimeraze III Glavni enzim koji katalizuje vezivanje dNTP u rastući lanac DNK je: DNK polimeraza RNK polimeraza DNK ligaza Reverzna transkriptaza 5’ kraj 3’ kraj pirofosfat dolazeći deoksiribonukleotid trifosfat matrica DNK Pol III Kopiraju lanac DNK sa visokim stepenom tačnosti Sintetišu polinukleotidne lance samo u pravcu 5’ 3’ Ne mogu da otpočnu sintezu DNK lanca Kod prokariota postoje tri vrste DNK polimeraza (pol I, pol II i pol III). Razlike DNK polimeraze I i DNK polimeraze III DNK polimeraza I uklanja RNK prajmer 5’ 3’ egzonukleaznom aktivnošću popunjava praznine koje nastaju uklanjanjem RNK prajmera, ugradnjom dNTP DNK polimeraza III glavni enzim u replikaciji odgovoran za elongaciju lanca DNK uklanja nepravilno sparene nukleotide 3’ 5’ egzonukleaznom aktivnošcu i na njihova mesta ugrađuje komplementarne nukleotide

Faza elongacije lanca DNK DNK polimeraza III DNK polimeraza I Okazaki jevi fragmenti Prvi RNK prajmer koji se uklanja Drugi RNK prajmer RNK prajmer Koji se uklanja Vodeći lanac Lanac koji zaostaje Faza terminacije replikacije DNK polimeraza III Novo sintetisani DNK DNK ligaza 2.RNK prajmer 3.RNK prajmer

TRANSKRIPCIJA 5’ DNK 3’ RNK Razlike replikacije i transkripcije: Tipovi RNK: Ribozomske RNK (rRNK)‏ Transportna RNK (tRNK)‏ Informaciona RNK (iRNK)‏ Prepisivanje redosleda nukleotida sa lanca DNK (biosinteza RNK)‏ Selektivan proces RNK transkripti podležu post-transkripcionim modifikacijama DNK 5’ 3’ RNK RNK transkript Lanac matrica ili “antisence” lanac Kodirajuća sekvenca ili “sence” lanac kodoni gen Razlike replikacije i transkripcije: 1.Transkripcija započinje istovremeno na više različitih mesta i kod prokariota i kod eukariota 2. U ćeliji ima mnogo više RNK polimeraze u odnosu na DNK polimerazu 3. RNK polimeraza je mnogo sporija od DNK polimeraze 4. Tačnost polimerizacije RNK je mnogo manja 5. RNK polimeraza ima sposobnost da započne sintezu novog lanca RNK

Ribozomalna RNK Transportna RNK Akceptorski krak D petlja TΨC petlja Antikodon Kodon Akceptorski krak D petlja Varijabilna petlja iRNK TΨC petlja Dihidrouridin - Inozin Ribotimidin - Pseudouridin Velika subjedinica Mala tRNK/AK vezujuća mesta Katalitičko mesto vezana AK antikodon

 Informaciona RNK Prokariotska iRNK -policistronska -odmah podleže translaciji nema “kapu” na 5’ kraju nema poli-A rep na 3’ ima Šajn-Dalgarnov niz nema introna Eukariotska iRNK -monocistronska -post-transkripcione modifikacije pre translacije ima “kapu” na 5’ kraju ima poli-A- rep nema Šajn-Dalgarnov niz primarni transkript ima introna Gppp 5’ kapa AUG  5’-kraj 3’-kraj Šajn-Dalgarnov niz Start kodon Stop kodon AGGA UAA Kodirajući region pApApApApApA-OH Nekodirajići region

Inicijacija transkripcije RNK polimeraza “ antisense” lanac “sense” lanac Sigma faktor Promoter - 35 sekvenca Pribnovljev blok nukleotid od koga počinje transkripciaja sekvenca u okviru promotornog regiona koju prepoznaje RNK polimeraza

DNK DNK 5’ 3’ 40 baza 25 baza Sekvenca u okviru promotor T A T A A T Pribnovljev blok T T G A C A - 35 sekvenca Start transkripcije -10 baza -25 baza Sekvenca u okviru promotor regiona koju prepoznaje holoenzim RNK-polimeraze DNK 5’ 3’ 5’ 3’ CAAT blok DNK Start transkripcije 25 baza 40 baza Hognesov (TATA)‏ Sekvenca u okviru promotor regiona koju prepoznaje RNK-polimeraza II

Elongacija transkripcije iRNK DNK početak sinteze i RNK TRANSKRIPCIJA RNK polimeraza odvajanje sigma faktora RNK polimeraza smer transkripcije RNK nukleotidi DNK antisense traka 3’ kraj lanca Transkripcioni balon

Terminacija transkripcije ρ faktor RNK polimeraza RNK DNK Terminacioni protein ( ρ protein)‏ prepoznaje terminacionu sekvencu na molekuli DNK, destabilizuje vezu polimeraze i matrice, polimeraza disosuje i transkripcija se završava. ρ faktor nezavisna terminacija .....NNNN G C CGCGAA N U NNNNNN........ . Stvaranje ukosnice na lancu RNK destabiliše vezu između polimeraze i matrice, polimeraza disosuje i transkripcija se završava. ρ faktor zavisna terminacija

Post-transkripcione modifikacije iRNK jedro transkripcija Modifikacije iRNK DNK pre-iRNK translacija ribozom polipeptid iRNK Primarni transkript (hnRNK) je linearna kopija transkripcione jedinicei uglavnom predstavlja funkcionalno neaktivan molekul RNK. Tri vrste modifikacija hnRNK: 1. adicija 5’ kape 2. adicija poli-A repa 3. isecanje introna povećava stabilnost iRNK olakšava inicijaciju translacije zaštita 3’-kraja od egzonukleaza olakšava transport iRNK u citoplazmu olakšava translaciju Pre-iRNK iRNK 5’ kapa Poli-A rep Introni se isecaju a egzoni spajaju u iRNK Egzon 5’ 3’ Intron Kodirajući segment

TRANSLACIJA 5’ DNK 3’ RNK tRNK Kodirajuća sekvenca Lanac matrica RNK transkript Lanac matrica Kodirajuća sekvenca kodoni gen antikodoni tRNK polipeptidni lanac metionin glicin valin aminokiseline

Komponente potrebne za proces translacije Antikodon Kodon Akceptorski krak D petlja Varijabilna petlja iRNK TΨC petlja Dihidrouridin - Inozin Ribotimidin - Pseudouridin Aminoacil-tRNK sintetaza Adenozin (aktivirana AK)‏ ATP AMP AK pirofosfat fosfat tRNK

Inicijacija translacije

Inicijacija translacije

Elongacija translacije amino kraj polipeptidnog lanca ribozom preuzima sledeću aminoacil t RNK i RNK Aminoacil tRNK Peptidil-tRNK A prazna strana Peptidil-tRNK Transpeptidacija Translokacija neaktivna tRNK

Terminacija translacije nascetni polipeptid neaktivna tRNK peptidil tRNK prazna A strana nascetni polipeptid i RNK i RNK stop kodon (UAA, UAG, UGA)‏ neaktivni ribozom

Post-translacione modifikacije Osnovni ciljevi post-translacionih modifikacija: stvaranje funkcionalno aktivnog proteina b) usmeravanje sintetisanog proteina na njegovo mesto delovanja Proteolitičko razlaganje 1) uklanjanje metionina 2) uklanjanje polipeptida ( tripsinogen tripsin )‏ 3) uklanjanje signalnih polipeptida Kovalentne modifikacije glikozilacija hidroksilacija fosforilacija lipofilne modifikacija metilacija sulfatacija karboksilacija stvaranje disulfidnih veza