Molekularna osnova života

Osnove molekularne biologije

U čemu je bit života

Život je posljedica mnogobrojnih i usklađenih fizioloških procesa

Procesima razgradnje iz složenih spojeva nastaju jednostavni- pri tom se oslobađa energija

Jednostavni spojevi i energija koriste se za procese izgradnje- pri tom nastaju enzimi i strukturne molekule koje izgrađuju stanicu i organizam

U svemu tome najvažniju ulogu imaju proteinske molekule:

kao građevni elementi sudjeluju u strukturi stanica i izvanstanične tvari,

kao enzimi upravljaju biokemijskim reakcijama, prenose informacije,

djeluju poput signala,

sudjeluju u obrani organizma kao protutijela

Sve ove funkcije rezultat su strukture proteinskih molekula

Proteinska molekula- njena struktura i prostorni oblik, određena je sastavom i redoslijedom aminokiselina

Zašto su proteinske molekule upravo takve, upravo takve funkcije?

Kako se prenosi informacija o njihovoj tvorbi, o njihovoj strukturi?

Kako se ta informacija prenosi s naraštaja na naraštaj?

1. Otkriće molekule naslijeđa Molekula naslijeđa je DNA 1. Dokaz 1944. Avery - pokus

transformacije bakterije Streptococcus pneumoniae

2. Dokaz- transformacija bakterije virusom

2. Otkriće strukture molekule naslijeđa Slijedeći veliki korak u biologiji- otkrivanje

strukture, što je istovremeno značilo otkrivanje načela replikacije DNA:

Watson i Krick Zamislili su molekulu DNA u obliku dvostruke

zavojnice koju čine 2 polinukleotidna lanca svijena

jedan oko drugoga

Što omogućuje precizno umnožavanje DNA? Upravo njezina struktura!

Jake kovalentne veze povezuju nukleotide istog lanca Dva nasuprotna lanca vezana su vodikovim vezama

između komplementarnih nukleotida:

jedan lanac pri tom određuje drugi,

jer se nasuprotni nukleotidi mogu povezati samo ako pristaju jedan drugom, tj.ako sadrže komplementarne dušične baze.

U nasuprotnim položajima komplementarnih

lanaca povezani su A i T, odnosno C i G.

Molekula DNA replicira se tako da se komplementarni lanci razdvoje,

nakon toga svaki od njih postane kalup za sintezu po jednog novog lanca

uz poštivanje načela komplementarnosti

Obje novonastale molekule sadrže po 1 stari lanac preuzet iz matične molekule i 1 novosintetizirani

To je vrlo složen proces u kojem sudjeluje velik broj raznih enzima, koji između ostalog kontroliraju i brzinu i preciznost replikacije.

Evolucijski procesi učinili su molekulu DNA savršenom za pohranu genetičke informacije i za njeno održavanje kroz naraštaje.

Molekula DNA je izvor informacije za sintezu proteina.

Sinteza proteina u citoplazmi pod uplovom DNA u jezgri treba neku posredničku molekulu.

Genetička uputa se ostvaruje preko glasničke molekule

Molekula DNA se prepisuje u posredničke molekule –

to je glasnička (messenger) mRNA - u procesu koji se zove transkripcija (prepisivanje).

Prepisivanje gena odvija se s 1 lanca molekule DNA koji se prigodno na mjestu prepisivanja rasplete.

Enzim RNA-polimeraza povezuje nukleotide u rastući lanac mRNA, sve prema redu zadanom u molekuli DNA, opet po načelu komplementarnosti.

Kad se sinteza mRNA okonča, molekula izlazi iz jezgre i poput glasnika

prenosi uputu na mjesto u citoplazmi gdje će se odvijati sinteza proteina.

DNA mRNA Protein

TRANSKRI PCIJA

TRANSL ACIJA

Sinteza proteina odvija se na ribosomu Ribosomi su sitna tjelešca slobodna u

citoplazmi ili vezana na endoplazmatski retikulum.

Ribosom je izgrađen od ribosomske rRNA i proteina- oni povezuju aminokiseline u proteine po uputi koju donosi mRNA.

Genetička uputa Posljednje pitanje koje treba odgovoriti: kako se

čita poruka koju s DNA donosi mRNA do rRNA?

U konačnom dijelu tog procesa sudjeluju molekule transfer – prijenosna RNA (tRNA):

trojka nukleotida na mRNA (kodon) spari se s komplementarnom trojkom nukleotida na tRNA (antikodon), tRNA na svom drugom kraju vezuju sebi specifičnu aminokiselinu

Proteinska molekula definirana je slijedom AK. Svi proteini svih organizama sastavljeni su od samo 20 aminokiselina.

Čitanje genetske šifre svodi se na prevođenje jezika nukleinskih kiselina sastavljenog od 4 baza na jezik proteina sastavljen od 20 AK.

Proces povezivanja AK u protein naziva se prevođenje ili translacija.

Translacija dakle, teče ovako:

Kodone na mRNA raspoznaju svojim antikodonima tRNA,

svaka tRNA doprema specifičnu AK do ribosoma gdje se one povezuju po zadanom redoslijedu.

Kod za 1 AK čine 3 nukleotida (tj.3baze) u mRNA. Kod od 3 baze osigurava dovoljan broj kombinacija za kodiranje svih (20) AK (broj mogućih kombinacija je 43 = 64).

Za svaku AK postoji veći broj kodova, 1 kod znači samo 1 AK.

3 kombinacije nukleotida nisu kod za AK, već su znak za stop u sintezi.

Time je potpuno odgonetnuta genska šifra. Ona je univerzalna, jednaka u cijelom živom svijetu, u svih organizama (pa i u virusa).