nukleotidi

fosfodiestrske vezi

POLINUKLEOTIDNA VERIGA...

MOLEKULSKA GENETIKA

1

Osnovna zgradba polinukleotidne verige (ali kateregakoli lineranega polimera)

ENOJNA VIJAČNICA

DVOJNA VIJAČNICA

del molekule, ki jo gradijo sladkorji in fosfati

organska baza

par organskih baz

RNK(ribonukleinska kislina)

DNK(deoksiribonukleinska kislina)

MOLEKULSKA GENETIKA

2

Enojna in dvojna vijačnica

O

CH

N

NC C

C NC

N

H

NH2

H

NH2

CN

NC C

C NC

N

H

H

H

NH2

C HC

NCC

N

HOH

O

C CH3C

NCC

N

HOH

H

citozin timin

gvanin adenin

DVOOBROČASTE ORGANSKE BAZE(purinske)

ENOOBROČASTE ORGANSKE BAZE(pirimidinske)

AG

C T

O

C HC

NCC

N

HOH

H

uracilU

MOLEKULSKA GENETIKA

3

Organske baze

OH4C

3C 2C

1C

riboza deoksiriboza

5CHOH

OH OH

OH

HH HH

OH

4C

3C 2C

1C

5CHO

H

OH H

OH

HH HH

R

MOLEKULSKA GENETIKA

4

Riboza in deoksiriboza

P

s tem delom se molekula veže na sladkor

OH

OH

OH

O P O-

O-

O-

O

FOSFORJEVA KISLINA(H3PO4)

FOSFAT(PO4

3-)P

MOLEKULSKA GENETIKA

5

Ostanek fosforjeve kisline (fosfat)

fosfat

sladkor (pentoza)

bazanukleozid

nukleotid

P

P

MOLEKULSKA GENETIKA

6

S simboli prikazan nastanek nukleotida

P

fosforjeva kislina ostanek fosforjeve kisline

OH

OH

OH

O

OH

O

OH OH

P OH

OH

O

O

O

OH OH

NOH HN

H2O

H2O

5

4

3 2

1

5

4

3 2

1

estrska vez

RNK–NUKLEOTID

ribozariboza

del bazedel baze

glikozidna vezkondenzacija

hidroliza

–H20

+H20

MOLEKULSKA GENETIKA

7

Nastanek nukleotida prikazan z delno izrisanimimolekulami. Vidimo lahko, iz katerih delov se vodaodcepi (kondenzacija) in kam se vrine pri razpadu nuk-leotida (hidroliza).

3

4

2

1

5

3

4

2

1

5

1. nukleotid

2. nukleotid

dinukleotid

P

R

R

PP OH

O

O

O

O

OH OH

baza

3

fosfodiestrska vez(fosfat povezuje sladkorja dveh nukleotidov)

O

OH

baza

P OH

OH

O

O

5

3

5

estrska vezmed obema nukleotidoma

estrska vezv nukleotidu

P OH

O

O

O

OH OH

baza

3

O

OHH2O

OH

OH

baza

P OH

OH

O

O

5

3

5

MOLEKULSKA GENETIKA

8

Nastanek dinukleotida

5’ konec

3’ konecsem se priključinovi nukleotid

P

P

P

P

P

P

MOLEKULSKA GENETIKA

9

Osnovna zgradba polinukleotidne verige z označenima 3’ in 5’ koncem

verigi sladkorjevin fosfatov

pari organskih baz

lestev dvojna vijačnica

MOLEKULSKA GENETIKA

10

Model DNK; levo – oblika lestve, sredina – zvijanje lestve, desno – tridimenzionalni model DNK

MOLEKULSKA GENETIKA

11

Povezovanje komplementarnih baz (A = T, G = C)

nukleotid

pari komplementarnihbaz

5’

3’

nukleotid

verigasladkorjev in fosfatov

verigasladkorjev in fosfatov

polinukleotidnaveriga

polinukleotidnaveriga

vodikove vezi

A T

G C

T A

C G5’

3’P

P

P

P

P

P

P

P

MOLEKULSKA GENETIKA

12

Antiparalelnost verig

antikodon

mesto, kamor se pripneaminokislina

komplementarne baze

zanka iznekomplementarnih baz

ACCG

MOLEKULSKA GENETIKA

13

Prenašalna RNK; levo – shematski prikaz v obliki triperesne deteljice, desno – prostorska struktura

MOLEKULSKA GENETIKA

14

Podvajanje DNK

podvojevalne vilice

vodilna veriga

zastajajoča veriga

3’

5’

3’

5’

3’5’

3’5’

3’

5’

Okazakijev fragment

MOLEKULSKA GENETIKA

15

Nastajanje vodilne in zastajajoče verige ob podvojevalnih vilicah

MOLEKULSKA GENETIKA

16

Poskus, ki sta ga izvedla Meselson in Stahl – določanje mesta težke, lahke in »vmesne« DNK v centrifugirki.

MOLEKULSKA GENETIKA

17

Poskus, ki sta ga izvedla Meselson in Stahl – dokaz za semikonzervativno podvajanje.

žive celice seva H(nepatogene)

žive celice seva G(patogene)

s toploto uničenecelice seva G

žive celice seva H

s toploto uničenecelice seva G

+

živa miš mrtva miš mrtva mišživa miš

MOLEKULSKA GENETIKA

18

Griffithov poskus s pnevmokoki

sev H sev G sev Gsev H

encim+

DNKDNK

ni transformacijetransformacija

+ +

MOLEKULSKA GENETIKA

19

Dokaz, da je DNK nosilka lastnosti. Če so k bakterijam seva H dodali DNK seva G, je prišlo do transformacije.Nekatere bakterije iz nepatogenega seva H so postale patogene. Če pa so k bakterijam seva H dodali mešanicoencima za razgradnjo DNK in DNK iz seva G, do transformacije ni prišlo.

MOLEKULSKA GENETIKA

20

Poskus z označenimi bakteriofagi

jedro s kromosomi

gen 1 beljakovina 1

gen 2 beljakovina 2

gen 3 beljakovina 3

kromosom

MOLEKULSKA GENETIKA

21

Na kromosomu so odseki, geni, ki nosijo zapis za nastanek beljakovine (proteina).

DNK

mRNK

beljakovina

transkripcija translacija

kataliza

aminokislina celični produktiRNK–nukleotid

gradbeni elementi

encimi

druge organske molekule

beljakovine

ogljikovi hidrati

lipidiA

CU

A

A

AA

A

A

T

TC

C

C

CG

G

GG

G

U

U

U

A

A

A

C

C

G

GG

G

UUU

U

U

U

nekodogenaveriga

kodogenaveriga

MOLEKULSKA GENETIKA

22

DNK preko encimov nadzira nastanek organskih snovi v celici.

RNK

A C C

A C C

U G G

kodogen

kodon

antikodon

triptofan3'

3'

3'

5'

5'

5'DNK

mRNK

tRNK

MOLEKULSKA GENETIKA

23

Kodogen, kodon in antikodon

CITOPLAZMA

DNK

tRNK

mRNK ribosom

aminokislinetranskripcija

jedro

plazmalema

translacija

polipeptid

MOLEKULSKA GENETIKA

24

Sinteza beljakovin poteka v dveh korakih: prepisovanje (transkripcija) in prevajanje (translacija).

CA

AU

UG G

3'

5'

RNK–polimeraza

RNK–nukleotidi

prepisovanje

mRNK

DNK

kodogena veriganekodogena veriga

UU U U UA A AA A A AAT T T

C CC C C

CC GG

G GGG G

MOLEKULSKA GENETIKA

25

Prepisovanje ali transkripcija

kodogena veriga DNK

nezrela mRNK

zrela mRNK

intron1 intron 2

ekson 1 ekson 2 ekson 3

ekson 1 ekson 2 ekson 3

ekson 1 ekson 2 ekson 3

gen

ZORENJE mRNK(izrezovanje intronov)

izrezana introna

TRANSKRIPCIJA

MOLEKULSKA GENETIKA

26

Prepisovanje pri evkariontih

A A A AG G G GC U U U U

Gly Val

Cys

Leu

Leu

LeuPro

Met

večja podenota

manjša podenotaP A

MOLEKULSKA GENETIKA

27

Levo – ribosom, desno – polisomNa ribosomu sta označeni mesti A in P: na mesto A seveže tRNK, na mestu P se sintetizira beljakovina.

A A A A A A AG G G G G G G G GC C CU U U U U U UUU U U UmRNK

A A A A A

A

A

AA

G G

G

G G G G G G G

C

C CC

CUU

U

U U U U U UUU U U UU

ThrGly Val

CysLeu Leu Leu Pro Met

Met

polipeptid

5'3' mRNK1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.

tRNK

smer premikanja ribosoma

RIBOSOM

kodon

MOLEKULSKA GENETIKA

28

Prevajanje ali translacija

podvajanje

DNK mRNKribosom

translacijatranskripcijabeljakovina

DNK RNK beljakovina

MOLEKULSKA GENETIKA

29

Centralna genetska dogma

MOLEKULSKA GENETIKA

30

Za nastanek končnega produkta je običajno potrebnih več encimov.

MOLEKULSKA GENETIKA

31

Zgradba operona

MOLEKULSKA GENETIKA

32

Posledice delovanja različnih vrst represorjev; zgoraj – aktivni represor prepreči prepisovanje,spodaj – neaktivni represor omogoči prepisovanje

MOLEKULSKA GENETIKA

33

Regulacija izražanja genov; zgoraj – efektor induktor (npr. laktoza) inaktivira aktivni represor in s tem sprožiprepisovanje strukturnih genov, spodaj – efektor korepresor (npr. triptofan) aktivira neaktivni represor in s temprepreči prepisovanje strukturnih genov.

MOLEKULSKA GENETIKA

34

Laktozni operoni; levo – zgradba lac-operona, desno – regulacija lac-operona

β

β

β

MOLEKULSKA GENETIKA

35

Triptofanski operon; zgoraj – vključen trp-operon, spodaj – izključen trp-operon

lomljenjekromatid

zamenjavakromatid

kromatidi

homologna kromosoma rekombinirana kromosoma

MOLEKULSKA GENETIKA

36

Intrakromosomska (homologna) rekombinacija

TRANSPONIBILNI ELEMENT

ATGCA123456789TACGT123456789

987654321ATGCA987654321TACGT

TACGTATGCA

123456789123456789

987654321987654321

gen za transpozazo

tarčno zaporedje

gostiteljska DNK

tarčno zaporedje

tarčno zaporedje

obrnjenaponovitev

obrnjenaponovitev

en ali več genov,ki jih nosi TE

MOLEKULSKA GENETIKA

37

Transponibilni element (TE) ima na obeh koncih obrnjeni ponovitvi. Ko se vrine v DNK na t. i. tarčno zaporedje, povzroči podvojitev tega mesta. Tarčno zaporedje je običajno dolgo od 5 do 9 baznihparov (bp). Na sliki je tarčno zaporedje zgrajeno iz 5 baznih parov. TE ima na koncih obrnjeni ponovitvi izzaporedja 9 baznih parov, ki so na skici označeni s številkami. Številke od 1 do 9 predstavljajo določeni baznipar. Podvojeni tarčni zaporedji sta enosmerni, vsakič drugačni in nista del TE.

IS1

IS1

IS1

Tn1681

obrnjenaponovitev

obrnjenaponovitev

gen za transpozazo

obrnjenaponovitev

obrnjenaponovitev

gen za transpozazo obrnjenaponovitev

drugi geni obrnjenaponovitev

gen za transpozazo

INSERCIJSKO ZAPOREDJE

TRANSPOZON

MOLEKULSKA GENETIKA

38

Vrste transponibilnih elementov; zgoraj – insercijska zaporedja (IS), spodaj – transpozon (Tn)

rekombinantniplazmid

transformiranacelica

gostiteljskacelica

krožni kromosom

MOLEKULSKA GENETIKA

39

Transformacija

profag

gostiteljska celica

gensko spremenjenagostiteljska celica

izločitev profaga in dela bakterijskihgenov iz gostiteljskega kromosoma

nastanek in sprostitev novih virusov

okužba nove celice

MOLEKULSKA GENETIKA

40

Transdukcija

F -F+F+F+

plazmid

krožni kromosom

konjugacijskimostiček

MOLEKULSKA GENETIKA

41

Konjugacija

krožni kromosom plazmid

F - celica F+ celica Hfr celica

kromosom z vgrajenim plazmidom

MOLEKULSKA GENETIKA

42

Oznake bakterij, ki sodelujejo pri konjugaciji.

telesna celica

spolna celica

mutacija spolne celice

mutacija somatske celice tumor (mutacija se ne prenese na potomce)

otrok z mutacijo v vseh telesnih celicah(mutacija se prenese na potomce)

MOLEKULSKA GENETIKA

43

Posledice somatskih in zarodnih mutacij

MOLEKULSKA GENETIKA

44

Genske, kromosomske in številčne kromosomske mutacije

AK1 AK2 AK3 AK4 AK5

A A A AG G GT T TC C C CC

beljakovina 1

nemutiranaDNK

mutiranaDNK

mutiranaDNK

mutiranaDNK

AK1 AK6 AK3 AK4 AK5

A A T AG G GT T TC C C CC

beljakovina 2

zamenjava enega nukleotida (A T)

AK1 AK2 AK7 AK8

A A A AT GG GT T TC C C C CC

beljakovina 3

vrinjenje enega nukleotida (T)

AK9

AK1 AK10 AK11 AK12 AK5

A A

A

AGG GT T TC C C C CC

beljakovina 4

izpad enega nukleotida (A)

MOLEKULSKA GENETIKA

45

Vzroki za genske mutacije in njihove posledice

hem globin

podenotahemoglobinahemoglobin

–veriga

β–veriga

MOLEKULSKA GENETIKA

46

Zgradba hemoglobina

MOLEKULSKA GENETIKA

47

Del nemutirane in mutirane ß-verige

β

β

A

B

D

C

EF

A

B

B

D

C

EF

A

B

D

E

C

EF

F

A

B

D

C

EF

KL

M

N

OPR

geni

delecija

duplikacija

inverzija

translokacija

kromosom

MOLEKULSKA GENETIKA

48

Strukturne kromosomske mutacije

MOLEKULSKA GENETIKA

49

Prikaz monoploidne, poliploidne in anevploidne (monosomija, trisomija) celice

MOLEKULSKA GENETIKA

50

Shematski prikaz idiograma s triploidijo (3n)

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

13

13

14 15 16 17 18

18

19 20 21

21

22 XY

Patausindrom

Downovsindrom

Edwardsovsindrom

MOLEKULSKA GENETIKA

51

Trisomije

X X

par homolognihkromosomov

gamete

združitevgamet

TRISOMIJA MONOSOMIJA

normalnahaploidna gameta

normalnahaploidna gameta

podvojeni kromosomkromatida

centromer

materinska celica

*nepravilno razhajanje kromosomov med mejozo

** * *

MOLEKULSKA GENETIKA

52

Nepravilno razdvajanje kromosomov med mejozo

MOLEKULSKA GENETIKA

53

S starostjo matere narašča verjetnost, da bo rodila otroka z Downovim sindromom.

starost matere (leta)

verje

tnos

t, da

se

bo ro

dil o

trok

z D

owno

vim

sin

drom

om (%

)