6. dna, genetička uloga i replikacija
DESCRIPTION
ptfTRANSCRIPT
25.11.2013
1
Svojstva genetičkog materijala
• - Kapacitet spremanja informacija • -jezgra oplođene stanice • –sadrži golemu zalihu uputa • – za rast i razvoj stanice
• - Samo-udvostručenja- replikacija
• -Strukturnu stabilnost -kontinuitet vrste
• -stvarati nove oblike alela
25.11.2013
2
Replikacija DNK - DNK – sadrži sve nasljedne upute organizma -ključ razumijevanja nasljeđa i razmnožavanja – S faza interfaze - 1000 -različitih bjelančevina – genetički programirane u DNK
Watson i Crick (1953):
-mehanizam replikacije
– Dva se lanca DNK odmotaju i odvoje nakon što su prekinute vodikove veze
- Svaki lanac: kalup za sintezu novog komplementarnog lanca
-dvije identične molekule DNK
- Model: semikonzervativna replikacija –
25.11.2013
3
Enzimi replikacije - DNK helikaza – topoizomeraza I i II
- DNK polimeraza I– povezuje slobodne nukleotide u rastući lanac (5’3’)
- DNK ligaza – povezuje fragmente DNK u novi polimerni lanac
25.11.2013
4
- DNK -visok stupanj točnosti - sparivanju baza • -DNK-polimeraza I- egzonukleazna aktivnost
• DNK-polimeraze –provjerava svaki stupanj polimerizacije
• Funkcija -korektivna 3’—5’ nukleazna aktivnost
• 5 različitih DNK-polimeraza II i III (α,β,γ,δ,ε)
• Replikacija prokariota – jedno mjesto- kružne mol. DNK –ishodišta replikacije – posebne sekvence DNK
• Mjesto istodobnog odmotavanja -replikacijske rašlje
• - Replikacija eukariota –više mjesta- - heterokromatin-kondenziran (S-faza)-kasno se replicira -eukromatin –dekondenzirana konformacija –sinteza RNK -vrijeme replikacije povezano s procesom pakiranja DNK
25.11.2013
5
• –Genom se jednom replicira -asinkrona-različita ishodišna mjesta repliciraju se različitom vremenu
• – inhibitori -vezuju se na replicirani dio DNK-takav kromatin zadržava se do mitoze- omogućuje novi ciklus replikacije u slijedećoj S fazi
• -inicijacijski proteini-vežu se na replikacijska ishodišta – djeluju samo jednom - bivaju uništeni- ponovna sinteza –vezanje za DNK -tek tijekom mitoze
Oštećenje i popravak DNK • -Mutacije – nasljedne promjene u mol. DNK • -pogreška tijekom replikacije – • - spontanim preraspodjelama dijelova DNK • -indukcija kem. i fiz. spojevima
• - Svaka st. ima monitore i mehanizam za
popravak oštećenja
• -50 različitih enzima -za popravak DNK • • DNK –polimeraza i DNK- ligaza
25.11.2013
6
Gen –sastavljen od DNK : - određuje redoslijed AK u polipeptidnom lancu
• Kako se točno čita informacija u DNK i kako se prevodi u strukturu proteina?
• -gen. info.-prenosi se od DNK do RNK i proteina • -DNK -sadrži informaciju - ne sudjeluje direktno u
sintezi proteina • -info. prenosi i upotrebljava RNK
• - DNK u jezgri – kodira proteine • -DNK mitohondrija i kloroplasta ne kodira
• -stanične proteine -svoje vlastite -
25.11.2013
7
Sinteza proteina 1. Transkripcija - prepisivanje iz DNK u RNK
– RNA-polimeraza -
-riječ koja sadrži informaciju u jednom dijalektu (DNK) -kopira se u drugi dijalekt (RNK) jezika nukleinskih kiselina
2. Translacija- prevođenje -mRNK
–tRNK i rRNK –u redoslijed AK – polipeptidni lanac
-gen. info se translatira-jezik RNK – jezik proteina
25.11.2013
8
- START KODON (signal): AUG – početak translacije (u prokariota -AK -formilmetionin -metionina)
STOP KODONI (nonsense):
UAA, UAG, UAG – prestanak translacije
-mehanizam ekspresije izražavanja genetičke
informacije postoji u svim organizmima
-opisuje na koji način gen. info. sadržana u molekuli DNK
-određuje strukturu proteina
-u virusa-iz RNK u DNK –u RNK – obrnuta ili reverzna
transkripcija (reverzna transkriptaza) - retrovirus (HIV)
25.11.2013
9
• -Gen –slijed parova nukleotida – info. za sintezu mRNK (transkripcija) - proteinskog produkta (translacija)
• -transkribirajući – info. za sintezu RNK
• – promotor- slijed baza u dijelu DNK
• -ne transkribirajući lanac- kalup za replikaciju
• (komplementaran - kodirajućem lancu)
• Biokemijske procese u stanici kontroliraju geni
• -strukturni geni –info. - funkcionalne proteine
• -regulatorni geni – kontroliraju aktivnost drugih gena
• -svaki enzim- kontrolira –jedan gen • -jedan gen –jedan enzim • -nedostatak nekog gena -manjak određenog enzima
25.11.2013
10
Genetički kod, kodon i antikodon
-stanica –šifra - prijevod riječi - jezika NK (baze) - jezik proteina (AK)
• -OBLIK KOJIM JE GENETIČKA INFORMACIJA ZA SINTEZU PROTEINA SADRŽANA U DNK -
GENETIČKI KOD
• -prevoditelj tRNK
• -genetička poruka zapisana u tri uzastopno poredana nukleotida u DNK
• - triplet nukleotida– genetički kod
• Kakav mora biti kod koji će odrediti redoslijed AK?
• -osnovnu jedinicu genetičkog koda karakterizira
- 4 RAZLIČITE BAZE (jezik- RNK :4 baze:A;C;G;U)
• -20 AMINOKISELINA (jezik proteina -20 slova )
•
• 1 baza - 1 AK – protein= 4 AK
• 2 baze -1 AK = protein -16 (4x4) AK
• 3 baze = dovoljan broj kombinacija za (4x4x4 =64) – 64 koda – kodira 20 AK
• -genetička šifra – govori koja skupina baza u tripletu (kodonu) odgovara određenoj AK
25.11.2013
11
Kodon- redoslijed od tri nukleotida u mRNK komplementaran genetičkom kodu –određuje samo jednu AK
Antikodon – kodonu komplementarn triplet nukleotida na
molekuli tRNA
-Koji kodon odgovara određenoj AK? - umjetne poruke u ekstrakt bakterijskih stanica - faktore za translaciju
-koja je AK prisutna u rezultirajućem polipeptidu -poruka - UUUUUUUUUUUU - translatira - polipeptid Phe-Phe-Phe-Phe - Kodon UUU – odgovoran za AK fenilalanin
25.11.2013
12
• -RIJEČNIK KODONA
• -osim metionina i triptofana
• -kodoni sinonimi - isto značenje
• -degeneracija koda (više kodona nego AK- smanjuje mutacija)
• -Stop kodoni UAA;UAG;UGA -start kodon AUG–
• Poruka -AGCAGCAGCAGCAGC -mRNK
• -3- polipeptida-translacija - na bilo kojem mjestu poruke
• AGC AGC AGC AGC AGC
• A GCA GCA GCA GC
• AG CAG CAG CAG CAG C
• razlike –u okviru čitanja šifre su
• -izvor različitog značenja neke info. u regiji RNK
25.11.2013
13
TRANSKRIPCIJA – iz redoslijeda baza u DNK sintetiziraju sve tri molekule RNK
- jezgri - enzim RNK – polimeraza
– redoslijed deoksinukleotida - u redoslijed ribonukleotida
• -određena duljina molekule DNK šifrirana - poruka za specifičan slijed AK u polipeptidnom lancu
25.11.2013
14
REPLIKACIJA TRANSKRIPCIJA
• -prepisuju se oba lanca
• - nastaje samo jedna kopija gena
• -nakon replikacije novi i stari lanac se združuju
• -transkibira se samo jedan lanac DNK u RNK
• -jedan gen se transkibira više tisuća puta
• -nakon transkripcije novi lanac RNK se odvaja od DNK lanca (uputa za sintezu proteina)
- Prokarioti –
1 vrsta -RNK –polimeraza
- katalizira sve 3 RNK
- Eukarioti –
3 vrste -RNK polimeraza
I,II, III
- svaka odgovorna za transkripciju različitog seta gena
25.11.2013
15
• RNK-polimeraza I– sinteza velikih ribosomskih RNK
• RNK polimeraza III – sinteza malih RNK (tRNK; rRNK)
• RNK polimeraza II – prepisuje informacije za sintezu mRNK
Tri faze transkripcije:
25.11.2013
16
- Kako se ta poruka prevede u bjelančevinu? - Sinteza RNK obuhvaća- prepisivanje sekvence nukleotida
s DNK u sekvencu komplementarnih nukleotida u RNK
• -uloga svakog proteina - određena njegovom strukturom koju definira AK sekvenca
• -proteini građevnu f-c (keratin i kolagen) • -funkcionalnu ulogu (inzulin, fibrinogen) • - enzimi – kontroliraju stanični metabolizam
• - mRNK -ribosome – dekodira gen. poruku čitanjem sekvence baza (triplet-1- specifičnu AK)
• -tRNK-prenositelj –AK
• 20 AK -20 tRNK
25.11.2013
17
Aktivacija AK -povezivanje s molekulom tRNK
- tRNA – veza -kodon u mRNA i odgovarajuće AK - 20 različitih enzima prepoznaje specifične regije - ”parakodone”- svake tRNA- veže AK u odgovarajući
redoslijed u mRNA
- redoslijed kodona u mRNA određuje redoslijed antikodona -svaki određuje specifičnu AK
- Specifična –tRNK- veže se s AK -u kompleks
-aminoacil-tRNK -aminoacil-tRNK-sintetaze
- Za svaku AK
- aminoacil-tRNK-sintetaza
-selektivan –pri prepoznavanju i odabiru tRNA
25.11.2013
18
-Inicijacija- • AUG –početak sinteze
• –vezivanje početne (inicijacijske) tRNKMet-na mRNK
• -formil-metionin –tRNK mRNK- prokarioti
• tRNKMet – veže se na
• P- mjesto-mala podjedinica
- (polipeptidno mjesto)
-A-mjesto (aminokiselinsko)
- veća podjedinica ribosoma
AK-se karboksilnom skupinom -na 3’ –tRNK
-aminoacil-tRNK
-aminoaccil-tRNK-sintetaze
-
-kompleks molekule mRNK i inicijacijske tRNK
-inicijacijski kompleks
- vezivanje velike za
malu podjedinicu ribosom
-završetak inicijacije
25.11.2013
19
-Elongacija-povezivanje
AK u-polipeptidni lanac
-tRNK -AK - ribosom-
produžuje se lanac -aminoacil-tRNK –veže se
na mjesto A - koja će se vezati ovisi o
kodonu
-dipeptidil-tRNK
-peptidna veza
–peptidil-transferaza
TRANSLACIJA: -5 3 –kao i sinteza mRNK – poruka u mRNK se prevodi tijekom njezine sinteze
25.11.2013
20
-Terminacija - prepisani svi kodoni sinteza
završava (terminira)
-stop kodoni (UAA, UAG, UGA)
-spec. proteini-faktori otpuštanja
- molekule tRNK i mRNK se
otpuštaju
–podjedinice ribosoma i nastali
polipeptdni lanac se odvajaju
-polipeptidi nisu konačni produkti Asp.-ser.-tre.- +šećrene skupine = glikoproteini
-neki se fosforiliraju – neki se spec. vežu (proinzulin-inzulin)
25.11.2013
21
• -Info. iz DNK - u RNK -poruka iz RNK -u protein
• -stanice - nemaju isti sastav proteina • -sve stanice sintetiziraju enzime za popravak
stanične DNK • -a eritrociti sintetiziraju hemoglobin • - crijevne stanice probavne enzime • -u svakoj stanici - regulacija procesa
transkripcije i translacije
• - osigurava - određenom trenutku i na određenom mjestu sintezira određena vrsta proteina u potrebnoj količini
• -proces kontrole aktivnosti gena • – regulacija gena