Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
MOLEKULARNA BIOLOGIJA
Proučava čuvanje, prenos i ekspresiju (ispoljavanje) genetičke informacije Građu i funkciju informacionih molekula: nukleinskih kiselina i proteina Procese u kojima se ostvaruje prenos genetičke informacije: replikaciju, transkripciju i translaciju
2
Genetička informacija
Redosled nukleotida u DNK koji određuje redosled aminokiselina u proteinu
3
NUKLEINSKE KISELINE izgrađene od polinukleotidnih lanaca
DNK grade 2 polinukleotidna lanca RNK gradi 1 polinukleotidni lanac
4
NUKLEOTID Fosfatna grupa Pentoza (dezoksiriboza ili riboza)
Azotna baza
5
Azotne baze Purinske baze su derivati purina
Pirimidinske baze su derivati pirimidina citozin adenin timin guanin uracil
6
Polinukleotidni lanac
5’ Polinukleotidni lanac Više nukleotida povezanih fosfodiestarskim vezama 3’
8
Antiparalelnost lanaca DNK
9
Sparivanje komplementarnih azotnih baza
11
RNK mala podjedinica ribozoma podjedinice ribozoma
12
tRNK
13
Hromatin Hromozomi Najviši stepen kondenzacije hromatina
Jedrov materijal Izgrađen od DNK i baznih proteina histona Hromozomi Najviši stepen kondenzacije hromatina Vidljivi u deobi ćelije
14
Pakovanje hromatina
15
PROTEINI U njihov sastav ulaze: C, H, O i N
Makromolekuli izgrađeni od 20 vrsta amino-kiselina povezanih međusobno peptidnim vezama u linearni polipetidni lanac
16
Aminokiseline Organska jedinjenja sa dve funkcionalne grupe: amino-grupom (–NH2) i karboksilnom grupom (–COOH) Razlikuju se po R-grupi
17
Vrste aminokiselina Nepolarne Pozitivno naelektrisane
Polarne nenaelektrisane Negativno naelektrisane
18
Peptidna veza Nastaje reakcijom između karboksilne grupe jedne aminokiseline i amino-grupe druge aminokiseline dipeptid
19
Primarna struktura proteina
Broj i redosled aminokiselina u polipetpidnom lancu Zapisana u genima
20
Sekundarna struktura proteina
Dva oblika: α-heliks i β-ploča Uspostavlja se formiranjem vodoničnih veza između H i O peptidnih veza β-ploča α-heliks
21
Tercijarna struktura proteina
Čine ga α-heliksi, β-ploče i “neuređeni” delovi
22
Kvaternarna struktura proteina
Više polipeptidnih lanaca gradi funkcionalan protein kolagen hemoglobin
23
Konformacija - prostorni oblik proteina
Fibrilarni proteini končasti Globularni proteini loptasti – sferni
24
Primarna struktura proteina
Sekundarna struktura proteina Tercijarna struktura proteina Kvaternarna struktura proteina
25
Funkcije proteina Gradivna – strukturna: grade ćeliju i tkiva
Biokatalitička – enzimi – usmeravaju biohemijske reakcije Transportna – hemoglobin, transferin Imunološka – antitela Kontraktilna – aktin i miozin Regulatorna – hormoni Rezervna – albumin
26
GENOM Ukupna DNK u ćeliji: u jedru – jedarni genom: 99.99% genoma u mitohondrijama – mitohondrijalni genom u hloroplastima – hloroplastni genom VELIČINA GENOMA izražava se kao broj baznih parova u haploidnoj ćeliji (C vrednost) Veličina genoma čoveka: 3,2 · 10 bp 9
27
Prokariote Bakterije Haploidne ćelije (n) Kružna DNK Eukariote Protisti, biljke, životinje, gljive Diplodne ćelije (2n) Linearna DNK
28
Hromozomi čoveka
29
Organizacija genoma Unikalna DNK: 45% genoma
Repetitivna DNK: 55% genoma Satelitska DNK – na krajevima hromozoma i u oblasti centromere (uloga: sparivanje hromozoma u mejozi, održavanje strukture hromozoma) Intermedijarna DNK Familije gena (globinska familija, histonska familija) Uzastopno ponovljeni geni (geni za rRNK i geni za tRNK) Mobilni genetički elementi – skoči-geni
30
Kodirajuća DNK DNK koja kodira proteine čini samo 3% genoma
Ostala DNK – 97%
31
GEN Deo DNK koji se transkribuje u informacionu RNK, ribozomalnu RNK ili transportnu RNK Gen koji se transkribuje u iRNK nosi informaciju za sintezu proteina
32
Geni prokariota i eukariota
Kontinuirani geni: sadrže samo kodirajuću DNK Diskontinuirani geni: sadrže egzone (kodirajuće delove) i introne (nekodirajuće delove)
33
isecanje introna i spajanje egzona
DNK transkripcija gena RNK primarni transkript isecanje introna i spajanje egzona iRNK transport iRNK u citoplazmu
34
PRENOS GENETIČKE INFORMACIJE
35
Genetička informacija
Redosled nukleotida u DNK koji određuje redosled aminokiselina u proteinu
36
Replikacije – sinteze DNK Transkripcije – sinteze RNK
Prenos i ekspresija genetičke informacije ostvaruje se kroz procese: Replikacije – sinteze DNK Transkripcije – sinteze RNK Translacije – sinteze proteina
37
Prenos genetičke informacije
replikacija DNK DNK transkripcija RNK translacija PROTEIN
38
Replikacija A T G C C G T A T A G C C G C G A T A T C G C G T A T A G
39
Transkripcija – sinteza RNK
kodirajući lanac 5‘-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3' DNK 3‘-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5' matrični lanac transkripcija 5‘-AUG- AGA-CAU-GUA-AGC-3’ iRNK
40
Prenos genetičke informacije
replikacija DNK DNK transkripcija RNK translacija PROTEIN
41
Genetički kod Skup pravila za prevođenje redosleda nukleotida u redosled aminokiselina Čini ga 64 znaka – kodona Kodon – niz od tri nukleotida (triplet nukeotida) u iRNK koji određuje mesto jedne aminokiseline u proteinu SINONIMNI KODONI – kodoni koji kodiraju istu aminokiselinu
42
GENETIČKI KOD 5' U C A G 3' UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UUC UCC UAC UGC UUA Leu UCA UAA STOP UGA UUG UCG UAG UGG Trp CUU CCU Pro CAU His CGU Arg CUC CCC CAC CGC CUA CCA CAA Gln CGA CUG CCG CAG CGG AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU AUC ACC AAC AGC AUA ACA AAA Lys AGA AUG Met ACG AAG AGG GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly GUC GCC GAC GGC GUA GCA GAA Glu GGA GUG GCG GAG GGG
43
5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3'
Translacija iRNK 5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3' translacija protein ??? NH2- -COOH
44
GENETIČKI KOD 5' U C A G 3' UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UUC UCC UAC UGC UUA Leu UCA UAA STOP UGA UUG UCG UAG UGG Trp CUU CCU Pro CAU His CGU Arg CUC CCC CAC CGC CUA CCA CAA Gln CGA CUG CCG CAG CGG AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU AUC ACC AAC AGC AUA ACA AAA Lys AGA AUG Met ACG AAG AGG GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly GUC GCC GAC GGC GUA GCA GAA Glu GGA GUG GCG GAG GGG
45
Translacija iRNK protein 5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3' translacija
NH2-Met-Arg-His-Val-Ser-COOH protein
46
DNK iRNK protein 5‘-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3' 3‘-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5'
kodirajući lanac 5‘-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3' DNK 3‘-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5' matrični lanac transkripcija iRNK 5‘-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3' translacija NH2-Met-Arg-His-Val-Ser-COOH protein
47
Prenos genetičke informacije
Genetička informacija je redosled nukleotida u DNK koji određuje redosled aminokiselina u proteinu Prenos i ekspresija genetičke informacije ostvaruje se kroz procese replikacije, transkripcije i translacije: replikacija DNK DNK transkripcija iRNK translacija protein
48
REPLIKACIJA DNK
49
Replikacija Replika – kopija Proces udvajanja DNK
Odvija se u jedru, u S-fazi ćelijskog ciklusa, pred ćelijsku deobu
50
Replikacija A T G C C G T A T A G C C G C G A T A T C G C G T A T A G
52
Okazakijevi fragmenti
1. HELIKAZA raskida vodonične veze i raspliće lance DNK 2. DNK-polimeraza klizi po matričnom lancu u 3’ → 5’ smeru i sintetiše komplementarni VODEĆI lanac u 5’ → 3’ smeru 5’ zaostajući lanac 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ Okazakijevi fragmenti smer replikacije 3’ 5’ 3’ 5’ Vodeći lanac sintetiše se kontinuirano 3. Zaostajući lanac sintetiše se diskontinuirano: iz delova – Okazakijevih fragmenata vodeći lanac 3’ 4. LIGAZA povezuje fragmente u zaostajućem lancu
53
Tok replikacije Helikaza raskida vodonične veze i raspliće lance DNK
DNK-polimeraza klizi po matričnom lancu u 3’ → 5’ smeru i sintetiše komplementarni VODEĆI lanac u 5’ → 3’ smeru Vodeći lanac sintetiše se kontinuirano Zaostajući lanac sintetiše se diskontinuirano: iz delova – Okazakijevih fragmenata Ligaza povezuje fragmente u zaostajućem lancu
54
novosintetisani lanac
Replikacija DNK je semikonzervativan proces jer se svaki molekul DNK sastoji od: jednog starog roditeljskog lanca i jednog novosintetisanog lanca roditeljski lanac novosintetisani lanac
55
Replikacija kod prokariota
oridžin DNK terminacioni region Replikacija počinje na jednom mestu (oridžinu) i odvija se istovremeno u oba smera, istom brzinom Završava se u terminacionom regionu nasuprot oridžinu DNK DNK
56
Replikacija kod eukariota replikativni mehurovi
Započinje na više mesta na hromozomu i odvija se istovremeno u oba smera dok se replikativni mehurovi ne spoje oridžini replikativni mehurovi
57
TRANSKRIPCIJA Proces sinteze RNK, odvija se u jedru
58
Tok transkripcije Inicijacija: RNK polimeraza vezuje se za promotor – deo DNK ispred gena koji će se prepisivati, stvara se tzv. transkripcioni kompleks Elongacija: RNK polimeraza klizi po matričnom lancu u 3’→5’ smeru i sintetiše komplementaran RNK lanac u 5’→3’ smeru. Terminacija: kada RNK polimeraza dođe do kraja gena, transkripcioni kompleks se raspada i novosintisana RNK (primarni transkript) se oslobađa
59
kodirajući lanac DNK RNK polimeraza ribonukleotid RNK matrični lanac DNK Smer transkripcije
60
Obrada primarnog transkripta
Isecanje introna i spajanje egzona Dodavanje 5’-kape (metil-guanozin) na početak iRNK Dodavanje poli-A repa na 3’kraj iRNK (oko 250 adeninskih nukleotida) 5’-mG-AUCGCCUAGCCACGUGCAUC-AAAAAAAAAAAAAAAAA-3’
61
Obrada primarnog transkripta
isecanje introna i spajanje egzona DNK primarni transkript iRNK transport iRNK u citoplazmu egzon intron RNK transkripcija gena
62
TRANSLACIJA Proces sinteze proteina, odvija se na ribozomima
U ovom procesu redosled kodona u iRNK prevodi se u redosled aminokiselina u proteinu U procesu učestvuju sve tri vrste RNK
63
Izgrađene od rRNK i proteina
RIBOZOM velika podjedinica Izgrađene od rRNK i proteina mala podjedinica POLIRIBOZOM – više ribozoma povezanih iRNK koja prolazi između male i velike subjedinice iRNK
64
POLIRIBOZOM
65
Transportne RNK Oblik slova “L”
Na jednom kraju nosi aminokiselinu, a na drugom ima antikodon – niz od tri nukleotida koji je komplementaran kodonu na iRNK AMINOKISELINA ANTIKODON
66
Vezivanje tRNK i iRNK Met U A C Val C A A Gly C C G Asp C U A Ser
U C A Phe A A G Arg G C U Lys U U U antikodon iRNK 5’ 3’ A U G G U U G G C G A U A G U U U C C G A A A A kodon
67
1. INICIJACIJA 2. ELONGACIJA Translokacija 3. TERMINACIJA
68
formiranje peptidne veze
INICIJACIJA Met U A C Val C A A formiranje peptidne veze P A iRNK 5’ 3’ A U G G U U G G C G A U A G U U U C C G A A A A START
69
ELONGACIJA Gly C C G Val C A A Met U A C iRNK 5’ 3’ A U G G U U G G C
G A U A G U U U C C G A A A A
70
ELONGACIJA Gly C C G Met Val C A A iRNK 5’ 3’ A U G G U U G G C G A U
A G U U U C C G A A A A
71
ELONGACIJA Asp C U A Gly C C G Met Val iRNK 5’ 3’ A U G G U U G G C
G A U A G U U U C C G A A A A
72
ELONGACIJA Ser U C A Asp Met Val Gly Asp C C G C U A 5’ A U G G U U
G G C G A U A G U U U C C G A A A A U G A iRNK 3’
73
ELONGACIJA Met Val Gly Asp Ser Phe 5’ A U G G U U G G C G A U A G U
U U C C G A A A A U G A iRNK 3’
74
ELONGACIJA Met Val Gly Asp Ser Phe Arg 5’ A U G G U U G G C G A U
A G U U U C C G A A A A U G A iRNK 3’
75
ELONGACIJA Met Val Gly Asp Ser Phe Arg 5’ A U G G U U G G C G A U
A G U U U C C G A A A A U G A iRNK 3’
76
SINTETISAN PREMA UPUTSTVU U iRNK
TERMINACIJA Met Val Gly Asp Ser Phe Arg Lys U U U PROTEIN oslobađajući protein SINTETISAN PREMA UPUTSTVU U iRNK 5’ A U G G U U G G C G A U A G U U U C C G A A A A U G A iRNK 3’ iRNK 5’ 3’ A U G G U U G G C G A U A G U U U C C G A A A A STOP
77
Translacija je proces sinteze proteina koji se odvija na ribozomima
Translacija je proces sinteze proteina koji se odvija na ribozomima. U translaciji učestvuju sve tri vrste RNK. Informaciona RNK nosi uputstvo (niz kodona) za sintezu polipeptidnog lanca. Ribozomalne RNK grade ribozome. Transportne RNK transportuju do ribozoma aminokiseline od kojih će nastati protein. Transportne RNK na jednom svom kraju imaju vezanu aminokiselinu, a na drugom kraju antikodon – niz od tri nukleotida koji je komplementaran kodonu u iRNK.
78
Translacija se odrigrava u tri faze:
1. U fazi inicijacije sklapa se ribozom od velike i male podjedinice, iRNK prolazi između podjedinica tako da se prvi kodon nalazi naspram P-mesta, a drugi naspram A-mesta. U P-mesto ribozoma dolazi tRNK koja nosi aminokiselinu metionin. U A-mesto dolazi tRNK sa antikodonom koji je komplementaran 2. kodonu.
79
2. U fazi elongacije sintetiše se polipeptid
2. U fazi elongacije sintetiše se polipeptid. Između aminokiseline na P-mestu (Met) i A-mestu formira se peptidna veza. Veza između Met i njegove transportne RNK se raskida i tRNK napušta P-mesto. Posle ovoga dolazi do translokacije: pomeranja ribozoma za jedan kodon prema 3'-kraju iRNK tako da se tRNK sa vezanim aminokiselinama sada nalazi u P-mestu, a A-mesto ostaje slobodno. Na A-mesto tada dolazi tRNK čiji je antikodon komplementaran 3. kodonu. Ceo proces (ugrađivanja aminokiselina u polipetid) ponavlja se sve dok se na A-mestu ne nađe STOP-kodon.
80
3. Terminacija: kada se na A-mestu nađe STOP-kodon (za koji ne postoje odgovarajuće tRNK), za A-mesto se vezuje oslobađajući protein koji zaustavlja translaciju. Tada dolazi do raskidanje veze između tRNK na P-mestu i polipeptida, sintetisani polipeptid se oslobađa u citoplazmu, ribozom se raspada na podjedinice i translacija se završava.
Similar presentations
