MOLEKULARNA BIOLOGIJAProuava uvanje, prenos i ekspresiju (ispoljavanje) genetike informacijeGrau i funkciju informacionih molekula: nukleinskih kiselina i proteinaProcese u kojima se ostvaruje prenos genetike informacije: replikaciju, transkripciju i translaciju

Genetika informacijaRedosled nukleotida u DNK koji odreuje redosled aminokiselina u proteinu

NUKLEINSKE KISELINEizgraene od polinukleotidnih lanacaDNK grade 2 polinukleotidna lancaRNK gradi 1 polinukleotidni lanac

NUKLEOTIDFosfatna grupaPentoza (dezoksiriboza ili riboza)Azotna baza

Azotne bazePurinske baze su derivati purinaPirimidinske baze su derivati pirimidinaadeninguanintimincitozinuracil

Polinukleotidni lanacVie nukleotida povezanih fosfodiestarskim vezama35

Antiparalelnost lanaca DNK

Sparivanje komplementarnih azotnih baza

RNKmala podjedinica ribozomapodjedinice ribozoma

tRNK

HromatinJedrov materijalIzgraen od DNK i baznih proteina histonaHromozomiNajvii stepen kondenzacije hromatinaVidljivi u deobi elije

Pakovanje hromatina

PROTEINIU njihov sastav ulaze: C, H, O i NMakromolekuli izgraeni od 20 vrsta amino-kiselina povezanih meusobno peptidnim vezama u linearni polipetidni lanac

AminokiselineOrganska jedinjenja sa dve funkcionalne grupe: amino-grupom (NH2) i karboksilnom grupom (COOH)Razlikuju se po R-grupi

Vrste aminokiselinaNepolarnePolarne nenaelektrisanePozitivno naelektrisaneNegativno naelektrisane

Peptidna vezaNastaje reakcijom izmeu karboksilne grupe jedne aminokiseline i amino-grupe druge aminokiselinedipeptid

Primarna struktura proteinaBroj i redosled aminokiselina u polipetpidnom lancuZapisana u genima

Sekundarna struktura proteinaDva oblika: -heliks i -ploaUspostavlja se formiranjem vodoninih veza izmeu H i O peptidnih veza -heliks -ploa

Tercijarna struktura proteinaine ga -heliksi, -ploe i neureeni delovi

Kvaternarna struktura proteinaVie polipeptidnih lanaca gradi funkcionalan proteinkolagenhemoglobin

Konformacija- prostorni oblik proteinaGlobularni proteini loptasti sferniFibrilarni proteini konasti

Primarna struktura proteinaSekundarna struktura proteinaTercijarna struktura proteinaKvaternarna struktura proteina

Funkcije proteinaGradivna strukturna: grade eliju i tkivaBiokatalitika enzimi usmeravaju biohemijske reakcijeTransportna hemoglobin, transferinImunoloka antitelaKontraktilna aktin i miozinRegulatorna hormoniRezervna albumin

GENOMUkupna DNK u eliji:u jedru jedarni genom: 99.99% genomau mitohondrijama mitohondrijalni genomu hloroplastima hloroplastni genomVELIINA GENOMA izraava se kao broj baznih parova u haploidnoj eliji (C vrednost)Veliina genoma oveka: 3,2 10 bp9

Prokariote

Bakterije

Haploidne elije (n)Kruna DNK Eukariote

Protisti, biljke, ivotinje, gljiveDiplodne elije (2n)Linearna DNK

Hromozomi oveka

Organizacija genomaUnikalna DNK: 45% genomaRepetitivna DNK: 55% genomaSatelitska DNK na krajevima hromozoma i u oblasti centromere (uloga: sparivanje hromozoma u mejozi, odravanje strukture hromozoma)Intermedijarna DNKFamilije gena (globinska familija, histonska familija)Uzastopno ponovljeni geni (geni za rRNK i geni za tRNK)Mobilni genetiki elementi skoi-geni

Kodirajua DNKDNK koja kodira proteine ini samo 3% genomaOstala DNK 97%

GENDeo DNK koji se transkribuje u informacionu RNK, ribozomalnu RNK ili transportnu RNKGen koji se transkribuje u iRNK nosi informaciju za sintezu proteina

Geni prokariota i eukariotaKontinuirani geni: sadre samo kodirajuu DNKDiskontinuirani geni: sadre egzone (kodirajue delove) i introne (nekodirajue delove)

transkripcija genaisecanje introna i spajanje egzonaDNKprimarni transkriptiRNKtransport iRNK u citoplazmuegzonintronegzonintronegzonRNK

PRENOSGENETIKEINFORMACIJE

Genetika informacijaRedosled nukleotida u DNK koji odreuje redosled aminokiselina u proteinu

Prenos i ekspresija genetike informacije ostvaruje se kroz procese:Replikacije sinteze DNKTranskripcije sinteze RNKTranslacije sinteze proteina

Prenos genetike informacijeDNKDNKRNKPROTEINreplikacijatranskripcijatranslacija

ReplikacijaCTTGCAGATCGAACGTCTGAAGTGTCACGGCC

Transkripcija sinteza RNK5-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3' 3-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5' transkripcija5-AUG- DNKiRNKkodirajui lanacmatrini lanacAGA-CAU-GUA-AGC-3

Prenos genetike informacijeDNKDNKRNKPROTEINreplikacijatranskripcijatranslacija

Genetiki kodSkup pravila za prevoenje redosleda nukleotida u redosled aminokiselinaini ga 64 znaka kodonaKodon niz od tri nukleotida (triplet nukeotida) u iRNK koji odreuje mesto jedne aminokiseline u proteinuSINONIMNI KODONI kodoni koji kodiraju istu aminokiselinu

GENETIKI KOD

5'UCAG3'UUUUPheUCUSerUAUTyrUGUCysUUUCUCCUACUGCCUUALeuUCAUAASTOPUGASTOPAUUGUCGUAGSTOPUGGTrpGCCUULeuCCUProCAUHisCGUArgUCUCCCCCACCGCCCUACCACAAGlnCGAACUGCCGCAGCGGGAAUUIleACUThrAAUAsnAGUSerUAUCACCAACAGCCAUAACAAAALysAGAArgAAUGMetACGAAGAGGGGGUUValGCUAlaGAUAspGGUGlyUGUCGCCGACGGCCGUAGCAGAAGluGGAAGUGGCGGAGGGGG

Translacija5-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3' translacijaiRNKprotein???NH2--COOH

GENETIKI KOD

5'UCAG3'UUUUPheUCUSerUAUTyrUGUCysUUUCUCCUACUGCCUUALeuUCAUAASTOPUGASTOPAUUGUCGUAGSTOPUGGTrpGCCUULeuCCUProCAUHisCGUArgUCUCCCCCACCGCCCUACCACAAGlnCGAACUGCCGCAGCGGGAAUUIleACUThrAAUAsnAGUSerUAUCACCAACAGCCAUAACAAAALysAGAArgAAUGMetACGAAGAGGGGGUUValGCUAlaGAUAspGGUGlyUGUCGCCGACGGCCGUAGCAGAAGluGGAAGUGGCGGAGGGGG

Translacija5-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3' translacijaiRNKproteinNH2-Met-Arg-His-Val-Ser-COOH

5-ATG-AGA-CAT-GTA-AGC-3' 3-TAC-TCT-GTA-CAT-TCG-5' transkripcija5-AUG-AGA-CAU-GUA-AGC-3' translacijaDNKiRNKproteinNH2-Met-Arg-His-Val-Ser-COOH kodirajui lanacmatrini lanac

Prenos genetike informacijeGenetika informacija je redosled nukleotida u DNK koji odreuje redosled aminokiselina u proteinuPrenos i ekspresija genetike informacije ostvaruje se kroz procese replikacije, transkripcije i translacije:

DNKDNKiRNKproteinreplikacijatranskripcijatranslacija

REPLIKACIJA DNK

ReplikacijaReplika kopijaProces udvajanja DNKOdvija se u jedru, u S-fazi elijskog ciklusa, pred elijsku deobu

ReplikacijaCTTGCAGATCGAACGTCTGAAGTGTCACGGCC

3553vodei lanaczaostajui lanacsmer replikacijeOkazakijevi fragmenti1. HELIKAZA raskida vodonine veze i rasplie lance DNK2. DNK-polimeraza klizi po matrinom lancu u 3 5 smeru i sintetie komplementarni VODEI lanac u 5 3 smeruVodei lanac sintetie se kontinuirano3. Zaostajui lanac sintetie se diskontinuirano: iz delova Okazakijevih fragmenata4. LIGAZA povezuje fragmente u zaostajuem lancu

Tok replikacijeHelikaza raskida vodonine veze i rasplie lance DNKDNK-polimeraza klizi po matrinom lancu u 3 5 smeru i sintetie komplementarni VODEI lanac u 5 3 smeruVodei lanac sintetie se kontinuiranoZaostajui lanac sintetie se diskontinuirano: iz delova Okazakijevih fragmenataLigaza povezuje fragmente u zaostajuem lancu

Replikacija DNK je semikonzervativan proces jer se svaki molekul DNK sastoji od:jednog starog roditeljskog lanca ijednog novosintetisanog lancaroditeljski lanacnovosintetisani lanac

Replikacija kod prokariotaReplikacija poinje na jednom mestu (oridinu) i odvija se istovremeno u oba smera, istom brzinomZavrava se u terminacionom regionu nasuprot oridinuoridinterminacioni regionDNKDNKDNK

Zapoinje na vie mesta na hromozomu i odvija se istovremeno u oba smera dok se replikativni mehurovi ne spojeReplikacija kod eukariotaoridinireplikativni mehurovi

TRANSKRIPCIJAProces sinteze RNK, odvija se u jedru

Tok transkripcijeInicijacija: RNK polimeraza vezuje se za promotor deo DNK ispred gena koji e se prepisivati, stvara se tzv. transkripcioni kompleksElongacija: RNK polimeraza klizi po matrinom lancu u 35 smeru i sintetie komplementaran RNK lanac u 53 smeru.Terminacija: kada RNK polimeraza doe do kraja gena, transkripcioni kompleks se raspada i novosintisana RNK (primarni transkript) se oslobaa

matrini lanac DNKkodirajui lanac DNKRNK polimerazaRNKSmer transkripcijeribonukleotid

Obrada primarnog transkriptaIsecanje introna i spajanje egzona Dodavanje 5-kape (metil-guanozin) na poetak iRNKDodavanje poli-A repa na 3kraj iRNK (oko 250 adeninskih nukleotida)5-mG-AUCGCCUAGCCACGUGCAUC-AAAAAAAAAAAAAAAAA-3

Obrada primarnog transkriptatranskripcija gena

TRANSLACIJAProces sinteze proteina, odvija se na ribozomimaU ovom procesu redosled kodona u iRNK prevodi se u redosled aminokiselina u proteinuU procesu uestvuju sve tri vrste RNK

RIBOZOMvelika podjedinicamala podjedinicaPOLIRIBOZOMiRNK vie ribozoma povezanih iRNK koja prolazi izmeu male i velike subjediniceIzgraene od rRNK i proteina

POLIRIBOZOM

Transportne RNKOblik slova LNa jednom kraju nosi aminokiselinu, a na drugom ima antikodon niz od tri nukleotida koji je komplementaran kodonu na iRNKANTIKODONAMINOKISELINA

Vezivanje tRNK i iRNKkodonantikodon

1. INICIJACIJA2. ELONGACIJA3. TERMINACIJATranslokacija

INICIJACIJAformiranje peptidne vezeAPSTART

ELONGACIJAMet

ELONGACIJAMetVal

ELONGACIJAMetVal

ELONGACIJAMetValGlyAspAspC U A

ELONGACIJAMetValGlyAspSerPhe

ELONGACIJAMetValGlyAspSerPheArg

ELONGACIJAMetValGlyAspSerPheArg

TERMINACIJAoslobaajui proteinPROTEINSINTETISAN PREMA UPUTSTVU U iRNKSTOP

Translacija je proces sinteze proteina koji se odvija na ribozomima. U translaciji uestvuju 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 e 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.

Translacija se odrigrava u tri faze:1. U fazi inicijacije sklapa se ribozom od velike i male podjedinice, iRNK prolazi izmeu 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.

2. U fazi elongacije sintetie se polipeptid. Izmeu aminokiseline na P-mestu (Met) i A-mestu formira se peptidna veza. Veza izmeu Met i njegove transportne RNK se raskida i tRNK naputa 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 iji je antikodon komplementaran 3. kodonu. Ceo proces (ugraivanja aminokiselina u polipetid) ponavlja se sve dok se na A-mestu ne nae STOP-kodon.

3. Terminacija: kada se na A-mestu nae STOP-kodon (za koji ne postoje odgovarajue tRNK), za A-mesto se vezuje oslobaajui protein koji zaustavlja translaciju. Tada dolazi do raskidanje veze izmeu tRNK na P-mestu i polipeptida, sintetisani polipeptid se oslobaa u citoplazmu, ribozom se raspada na podjedinice i translacija se zavrava.