nukleinske kiseline - ldap.zvu.hranam/biologija/nukleinske kiseline.pdf · •slijedovi nukleotida...

Nukleinske kiseline

• F. Miesher, 1869. god. otkrio nukleinske kiseline u limfocitima

• Deoksiribonukleinska kiselina (DNA)

• Ribonukleinska kiselina (RNA)

Griffithov pokus s bakterijama Streptococcuspneumoniae; 1931. dokazao da je DNA nositeljica genetske informacije

Nukleinske kiseline –izgrađene od nukleotida(dušična baza-šeder pentoza-fosfatna grupa)

• 1953. god. Watson i Crick razjasnili strukturu dvostruke uzvojnice DNA

• Dušične baze u DNA: adenin, timin, citozin, gvanin

• Dva polinukleotidna lanca, međusobno povezana vodikovim vezama (između komplementarnih purinskih i pirimidinskihbaza)

• Lanci su antiparalelni

• Vanjski skelet čine pentoze i fosfatne skupine a baze su orijentirane prema unutrašnjosti uzvojnice

• Susjedne baze su udaljene 0,34 nm

• Puni zavoj uzvojnice uključuje prosječno 10 nukleotidnih parova

• Slijedovi nukleotida u dva lanca DNA su komplementarni

• Gen: redoslijed nukleotida u molekuli DNA koji sadrži uputu za neku bjelančevinu

Struktura RNA

• Svaka RNA molekula sadrži pirimidin uracil umjesto timina u DNA

• Nukleotidi u RNA sadrže šeder ribozu

• Izgrađena od jednogpolinukleotidnog lanca

• Molekule RNA mnogo su krade od DNA (RNA u eukariota nosi informaciju prepisanu s jednog gena)

Glavne vrste RNA

• Glasnička RNA (mRNA)

• Transportna RNA (tRNA)

• Ribosomska RNA (rRNA)

• Male RNA molekule u jezgri (snRNA): imaju ulogu u obradi mRNA u jezgri nakon transkripcije

mRNA• 1-2% ukupne stanične RNA• Prenosi genetsku informaciju iz jezgre u

citoplazmu prema kojoj de na ribosomima nastati nova bjelančevina

• Geni u stanicama sadrže egzone (kodirajude dijelove nukleotida) i introne (nekodirajudedijelove nukleotida)

• Prilikom sinteze mRNA u jezgri prepisuju se egzoni i introni: primarni RNA transkript (pre-mRNA) – obrada – izrezivanje introna –spajanje krajeva egzona – funkcionalna mRNA

tRNA• 10-15% ukupne RNA

citoplazme

• male molekule (70 do 80 nukleotida), prevode poruku sadržanu u slijedu nukleotida mRNA u slijed aminokiselina

• Svaka tRNA ima na jednom kraju tri baze: antikodon,a na suprotnom kraju veže jednu od 20 aminokiselina

rRNA

• Male molekule

• Sintetiziraju se u jezgrici

• Najzastupljenije u stanici od svih RNA (60-80% ukupne RNA stanice)

• Vezane za proteine! – formiranje ribosoma!

• rRNA se spajaju s ribosomskim proteinima formirajudi ribosomske podjedinice

• Funkcionalni ribosom nastaje kada se dvije ribosomske podjedinice spoje

Gdje je smještena DNA?

… u jezgri…

…točnije, u kromosomima

Kromatin: kompleks DNA i proteina, histona

Osnovna strukturna jedinica kromatina je NUKLEOSOM

Kromatinskavlakna

Replikacija DNA

• Živi organizmi udvostručuju svoju DNA prije svake stanične diobe

• Vedina naših spoznaja o mehanizmu replikacije DNA temelji se na pokusima in vitro

• Osnovni mehanizam replikacije DNA sličan je u prokariota i eukariota

• U bakterija, tijekom replikacije polimerizira se oko 500 nukleotida u sekundi, a u sisavaca oko 50

• DNA molekula je kalup za vlastitu replikaciju; polukonzervativnaili semikonzervativnareplikacija

• Informaciju sadržanu u redoslijedu nukleotidaprenosi iz generacije u generaciju

• Tri osnovna stupnja replikacije DNA:

1. Odmatanje i razdvajanje polinukleotidnihlanaca DNA uzvojnice

2. Komplementarno sparivanje baza

3. Polimerizacija nukleotida

U replikaciji DNA sudjeluju mnogi enzimi:

• Inicijacijski proteini: proteini koji se vezuju na ishodište replikacije i pomažu formiranje replikacijskih rašlji

• Helikaza: otvara DNA uzvojnicu• Topoizomeraze: sprečavaju zaplitanje i napinjanje

dvostruke uzvojnice• SSB proteini: stabiliziraju i izravnavaju jednolančanu

DNA ostavljajudi baze slobodnima• DNA primaza: ugrađuje početnicu (klicu); slijed od 10

RNA nukleotida• DNA polimeraza: katalizira ugradnju

deoksiribonukleotida u 5’ → 3’ smjeru • DNA ligaza: povezuje fragmente DNA u kontinuirani

lanac

• 1. vodedi lanac: lanac koji se sintetizira kontinuirano, u smjeru 5’ → 3’

• 2. lanac se sintetizira sporije, tzv usporeni ili tromi lanac; diskontinuirana sinteza, odvija se u malim fragmentima, dugim 1000 do 2000 nukleotida, tzv: Okazakijevim fragmentima; napreduju u obrnutom smjeru od produbljivanja rašlji, ali u smjeru u kojem se sinteza DNA jedino može odvijati! (5’ → 3’)

• DNA primaza se veže direktno na DNA helikazui gradi PRIMOSOM; primosom produbljuje rašlje i kako se krede sintetizira RNA početnicu ili klicu (engl.primer); kratak slijed od 10 ribonukleotida prema lancu kalupu i tako stvara hibrid DNA/RNA

• DNA polimeraza nastavlja dodavati nukleotide

• Na vodedem lancu DNA primaza ugrađuje početnicu samo jednom

• Na usporenom lancu u eukariota početnice se sintetiziraju u intervalima od 200 nukleotida

• Izrezivanje početnice (a) iz lanca

• Praznine popunjuje DNA ligaza (povezuje 3’ kraj sintetiziranog DNA fragmenta s 5’ krajem prethodnog te tako zatvara pukotinu)

• Pri replikaciji DNA javlja se jedna pogreška na cca 10 9 - 10 10 repliciranih parova baza

• Važnu ulogu pri odstranjivanju pogrešaka ima DNA polimeraza; ona može izrezivati pogrešno sparene baze – “lektorska ili urednička sposobnost!

• Gen: dio DNA koji se eksprimira u vidu funkcionalnog produkta (bilo u obliku RNA ili u obliku polipeptida)

• Gen: redoslijed nukleotida u molekuli DNA koji sadrži uputu za neku bjelančevinu

Oštedenja DNA i popravci

Izravni obrat oštedenja DNA

Spontano oštedenje DNA

Oštedenja DNA inducirana zračenjem i kemijskim čimbenicima

Popravak izrezivanjem (ekscizijski popravak)

Popravak sklon pogreškama

• nasljedni karcinom debelog crijeva; mutacije u genima koji su uključeni u popravak krivo sparenih baza

• nasljedni karcinom dojke; defekti u genima koji kodiraju proteine uključene u popravak dvolančanih lomova (BRCA1 i BRCA2)

Veličina genoma različitih skupina organizama

• Genom: ukupna genetička informacija pohranjena u svim kromosomima nekog organizma

• Gen: dio DNA koji se eksprimira u vidu funkcionalnog produkta (bilo u obliku RNA ili u obliku polipeptida)

Gen je izrgrađen od EGZONA i INTRONA

• Introni ne određuju sintezu nekog staničnog proizvoda

• Igraju važnu ulogu u kontroli genske ekspresije

• Prosječan humani gen sadržava cca 9 egzona, 8 introna raspoređen na oko 30 000 parova baza

• Više od 90% prosječnog humanog gena čine introni

• Čine 25% ukupne genomske DNA

Alternativno prekrajanje

• Ponavljajudi (repetitivni) sljedovi DNA –satelitna DNA, od uzastopno ponovljenih nizova nekoliko tisuda kopija kratkih sljedova duljine od 1 do 500 nukleotida.

• U vinske mušice, česti slijed od ACAAACT

• Ponavljaju se milijunima puta u genomu

• Čine oko 10% DNA u vedine viših eukariota

• Ne prepisuju se i ne predstavljaju funkcionalnu genetičku informaciju

• Genom E. coli sadržava 4000 gena, a oko 90% koristi se za kodiranje proteina

• Genom kvasca, oko 2,5 puta je vedi od genoma E.coli; samo 4% gena sadržava introne, oko 70% kvaščeva genoma koristi se za kodiranje proteina

• U C.elegans, 25% genoma čine sljedovi za kodiranje proteina, a u vinske mušice oko 13%

• Genomi viših životinja vedi su oko 20-30 puta od onog u vinske mušice

• Ljudski genom ima oko 30 000-40 000 gena(dvostruki broj od onog u genomima C.elegansi vinske mušice)

• 25% ljudskog genoma čine introni

• Više od 60% od različitih tipova repetitivne DNA

• Samo 1-1,5% sadržava sljedove koji kodiraju proteine!

Funkcije gena u cvjetnice Arabidopsis thaliana, čiji genom sadrži 26 000 gena

• ZAKLJUČAK: Biološka složenost organizma nije funkcija broja gena u njegovom genomu!

Kromosom Telomere

Kromatin: kompleks DNA i proteina, histona

Osnovna strukturna jedinica kromatina je NUKLEOSOM

Kromatinskavlakna

• U interfaznoj jezgri vedinu kromatina čini EUKROMATIN; dekondenziran, geni se prepisuju,a DNA se udvostručuje

• Oko 10% interfaznog kromatina čini HETEROKROMATIN; kondenziran, transkripcijski neaktivan, sadržava visoko ponovljene sljedove DNA poput onih u centromerama i telomerama

Struktura telomera

Telomere imaju značajnu ulogu u održavanju kromosoma

• u čovjeka i ostalih sisavaca slijed telomernih ponavljanja je AGGGTT

•Enzim telomeraza omogudava “staničnu besmrtnost”; inaktivna u normalnim stanicama•Aktivna u zametnom epitelu•U tumorskim stanicama