replikacija, transkripcija, translacija
DESCRIPTION
Replikacija, transkripcija, translacijaTRANSCRIPT
STRUKTURA DNA I RNA
ORGANIZACIJA GENOMA U EUKARIOTA
REPLIKACIJA DNA U PROKARIOTA I EUKARIOTA
TRANSKRIPCIJA GENA U PROKARIOTA I EUKARIOTA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
TRANSKRIPCIJA GENA U PROKARIOTA I EUKARIOTA
Molekula DNA
� molekula DNA sastoji se od dva antiparalelna polinukleotid na lanca
� okosnicu svakog lanca grade deoksiriboze povezane fosfodi esterskim vezama
� na svaku deoksiribozu vezana je po jedna od četiri nukleotidne baze (adenin,
timin, gvanin, citozin)
� purinska baza adenin se s dvije vodikove veze povezuje s piri midinskom
bazom timin komplementarnog lanca
� purinska baza gvanin se s tri vodikove veze povezuje s pirimidinskom bazom
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
� purinska baza gvanin se s tri vodikove veze povezuje s pirimidinskom bazom
citozin komplementarnog lanca
Struktura DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Dvostruka uzvojnica DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
DNA eukariota
� kromatin - DNA i strukturni proteini� heterokromatin - kondenzirana, neaktivna DNA (A)� eukromatin - nekondenzirana, aktivna DNA (B)
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Nukleosom
� nukleosom je osnovna jedinica organizacije eukariotskog g enoma
� sastoji se od srži nukleosoma koju gradi osam histonskih pro teina (po dva od
svakog; H2A, H2B, H3, H4) i molekule DNA (oko 200 nukleotida) koja je dijelom
omotana oko srži nukleosoma (146 nukleotida), a dijelom pov ezuje slijede ći
nukleosom u nizu
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Struktura nukleosoma
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Struktura nukleosoma
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Kromatinsko vlakno
� kromatinsko vlakno slijede ći je stupanj spiralizacije eukariotskog genoma
� histonski proteini H1 omogu ćuju me đusobno približavanje nukleosoma i
njihovu spiralizaciju
� jedan puni okret od šest nukleosma oko osi spiralizacije naz iva se solenoid
� kromatinsko vlakno dalje se spiralizira u oblik relaksiran og i zatim
kondenziranog kromosoma
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Spiralizacija DNA eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Spiralizacija DNA eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
� u čovjeka duljina genomske DNA u izduženom obliku iznosi 2 m, a promjer stanične jezgre je 6 µm
� duljina jednog kromosoma je 10 000 puta manja od duljine iste DNA u izduženom obliku
Replikacija DNA
� oba polinukleotidna lanca služe kao kalup za sintezu svog ko mplementarnog
lanaca (semikonzervativna replikacija)
� svaki slijede ći nukleotid veže se preko svog fosfata na 5’ C-atomu deoksiri boze
na 3’ C-atom deoksiriboze prethodno ugra đenog nukleotida
� sinteza novog polinukleotidnog lanca odvija se u smjeru 5’- 3’ jer je jedino na taj
način omogu ćeno cijepanje visokoenergetske fosfoanhidridne veze i
osloba đanje energije potrebne za polimerizaciju lanca
� odmatanjem uzvojnice DNA i cijepanjem vodikovih veza nasta je struktura koja
se naziva replikacijska vilica
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
� jedan lanac DNA sintetizira se kontinuirano jer je smjer sin teze istovjetan
smjeru odmatanja uzvojnice (vode ći lanac)
� drugi lanac sintetizira se nekontinuirano jer je smjer sint eze suprotan smjeru
odmatanja uzvojnice (tromi lanac)
Replikacija DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sinteza novog lanca DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Replikacija DNA u eukariota
� 1. odmatanje uzvojnice DNA i cijepanje vodikovih veza (DNA h elikaza)
� 2. sinteza novog lanca DNA u smjeru 5’-3’ (DNA polimeraza)
� 2.1. sinteza vode ćeg lanca DNA (DNA polimeraza δ)� 2.1. sinteza vode ćeg lanca DNA (DNA polimeraza δ)
� 2.2. sinteza tromog lanca DNA (DNA polimeraza α i DNA polimeraza δ)
� 2.2.1. sinteza RNA po četnice (DNA primaza)
� 2.2.2. početak sinteze novog odsje čka DNA od mjesta nove RNA po četnice
(DNA polimeraza α)
� 2.2.3. nastavak sinteze novog odsje čka DNA do prethodne RNA po četnice,
odnosno do prethodnog odsje čka DNA (DNA polimeraza δ) nakon što je
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
odnosno do prethodnog odsje čka DNA (DNA polimeraza δ) nakon što je
razgrađena RNA po četnica (RNaza)
� 2.2.4. spajanje odsje čaka DNA (DNA ligaza)
Replikacijska vilica DNA u eukariota
Doc.dr.sc. Reno Hrašćan
Replikacijska vilica DNA u eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Pokretanje replikacije DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Pokretanje replikacije DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Replikacija DNA u prokariota
� jedno mjesto početka replikacije DNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Replikacija DNA u eukariota
� više mjesta početka replikacije DNA� različite regije kromosoma repliciraju se u različito vrijeme tijekom S faze staničnog ciklusa
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Prijenos geneti čke informacije od DNA do proteina(Centralna dogma molekularne biologije)
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Struktura RNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Transkripcija gena
� prepisivanje gena kontrolirano je regulatornim proteinim a koji su specifi čni za
svaki gen i vežu se na regulatorne sekvence DNA u kontrolnoj r egiji gena
� u kontrolnoj regiji gena nalazi se i promotorska sekvenca (promotor) ; na� u kontrolnoj regiji gena nalazi se i promotorska sekvenca (promotor) ; na
promotorsku sekvencu veže se RNA polimeraza
� regulatorni proteini mogu poticati prepisivanje nekog gen a pa se onda nazivaju
aktivatori ili ko čiti prepisivanje pa je onda rije č o represorima; vezanje
aktivatorskih proteina aktivira odre đene transkripcijske faktore koji se udružuju
s RNA polimerazom; na taj na čin potaknuto je kretanje RNA polimeraze duž
lanca DNA, odnosno prepisivanje određenog gena
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
lanca DNA, odnosno prepisivanje određenog gena
� u eukaroita, vezanje aktivatora dovodi do promjene struktu re kromatina; da bi
se odre đeni gen mogao prepisati, molekula DNA se mora odmotati od
histonskih proteina kako bi se transkripcijski faktori i RN A polimeraza mogli
vezati na DNA
Kontrolna regija transkripcije gena eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Orijentacija RNA polimeraze i smjer transkripcije
� o orijentaciji (usmjerenju) promotorske
sekvence ovisi koji lanac DNA će se
prepisivati, odnosno u kojem smjeru će
se odvijati transkripcija genase odvijati transkripcija gena
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Procesiranje primarnog mRNA transkripta
� za razliku od prokariota, u eukariotskom genu sekvenca DNA k oja nosi uputu
za sintezu proteina isprekidana je sekvencama koje ne nose u putu za protein;
isprekidane kodiraju će sekvence nazivaju se eksoni, a nekodiraju će introniisprekidane kodiraju će sekvence nazivaju se eksoni, a nekodiraju će introni
� RNA polimeraza II prepiše eksone i introne pa se neposredni p rodukt naziva
primarni mRNA transkript
� iz primarnog mRNA transkripta izrezuju se i uklanjaju intro nske sekvence, a
isprekidane eksonske sekvence povezuju u kontinuiranu kod iraju ću sekvencu
� za obradu primarnog mRNA transkripta zaduženi su mali jezgr ini
ribonukleoproteini koji se vežu na granicu eksona i introna te kataliziraju
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
ribonukleoproteini koji se vežu na granicu eksona i introna te kataliziraju
reakciju izrezivanja i preslagivanja primarnog mRNA trans kripta (RNA splicing)
� na 5’- i 3’-kraju mRNA transkripta vežu se zaštitni proteini koji spjre čavaju
razgradnju zrele mRNA u jezgri i citoplazmi dok se na ribosom ima ne izvrši
sinteza proteina
Izrezivanje i preslagivanje primarnog mRNA transkript a
Struktura mRNA u prokariota i eukariota
� jedinica transkripcije prokariota - uputa za više od jednog proteina (policistronska mRNA) � jedinica transkripcije eukariota - uputa samo za jedan protein (monocistronska mRNA)
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
STRUKTURA RIBOSOMA
SINTEZA PROTEINA
MODIFIKACIJA PROTEINA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Razlika u transkripciji i translaciji kod prokariota i eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Ribosomi
� zašti ćena zrela mRNA napušta jezgru i u citoplazmi se udružuje s rib osomima
zrnate endoplazmatske mrežice gdje se odvija sinteza prote ina
� ribosom je ribonukleoprotein, gra đen od ribosomske RNA i proteina
� sastavljen je od dvije podjedinice, ve će i manje, čija se veli čina izražava
mjerom sedimentacije pri ultracentrifugiranju (S)
� u jezgrici dolazi do udruživanja ribosomskih RNA i ribosoms kih proteina u
prekursorski ribonukleoprotein iz kojeg nastaju dvije podjedinice koje svaka
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
prekursorski ribonukleoprotein iz kojeg nastaju dvije podjedinice koje svaka
zasebno odlaze u citoplazmu gdje se udružuju u ribosom
Struktura ribosoma prokariota i eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sinteza proteina
� genska šifra ili kod je redosljed nukleotida DNA koji nosi up utu za redosljed
aminokiselina u proteinu (redosljed od tri nukleotida nosi uputu za jednu
aminokiselinu) ; kodon je redosljed nukleotida mRNA koji prenosi uputu zaaminokiselinu) ; kodon je redosljed nukleotida mRNA koji prenosi uputu za
redosljed aminokiselina u proteinu; kod je degeneriran jer , osim za dvije
aminokiseline, više od jedne kombinacije tri nukleotida no si uputu za jednu
aminokiselinu (u pravilu je promjenljiv tre ći nukleotid)
� transportna RNA (tRNA) je dijelom jednolan čana, a dijelom dvolan čana
molekula; specifi čna je za odre đenu aminokiselinu jer redosljed nukleotida
antikodona odgovara vezanoj aminokiselini ; uloga tRNA je u donošenju
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
antikodona odgovara vezanoj aminokiselini ; uloga tRNA je u donošenju
odgovaraju će aminokiseline pri sintezi polipeptida; zbog degeneriran osti šifre
više tRNA prenosi jednu aminokiselinu
Genska šifra
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Struktura transportne RNA
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sinteza proteina
� 1. aktivacija aminokiselina – aminoacil tRNA sintetaza kat alizira vezanje
određene aminokiseline za specifi čnu tRNAodređene aminokiseline za specifi čnu tRNA
� 2. formiranje peptidne veze – peptidil transferaza kataliz ira reakciju povezivanja
amino grupe slijede će aminokiseline s karboksilnom grupom prethodne
aminokiseline; na taj na čin polipeptidni lanac raste od amino kraja prema
karboksilnom kraju što odgovara 5’-3’ redosljedu nukleoti da mRNA
� na manju podjedinicu ribosoma vezana je mRNA, a na ve ćoj se odvija sinteza
polipeptida
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
polipeptida
� sinteza svakog polipeptidnog lanca zapo činje s aminokiselinom metionin (Met)
Aktivacija aminokiselina
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Ugradnja aminokiselina u polipeptidni lanac
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sinteza proteina
� veća podjedinica ribosoma posjeduje tri vezna mjesta za tRNA (A , P, E)
� na A-mjesto veže se tRNA s aminokiselinom koja se treba ugrad iti u polipeptid
� na P-mjestu već je vezana tRNA s prethodno ugrađenom aminokiselinom, a� na P-mjestu već je vezana tRNA s prethodno ugrađenom aminokiselinom, a
preko nje s preostalim aminokiselinama polipeptidnog lanc a
� na P-mjestu formira se peptidna veza izme đu prethodno ugra đene
aminokiseline i aminokiseline koja se treba ugraditi, prit om dolazi do
prebacivanja svih do tada ugra đenih aminokiselina na zadnje vezanu tRNA i do
pomaka prvo ve će, a potom i manje podjedinice ribosoma za tri mjesta udesno
kako bi se mogla dalje očitati slijede ća tri kodona ; zbog pomaka veće
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
kako bi se mogla dalje očitati slijede ća tri kodona ; zbog pomaka veće
podjedinice ribosoma, tRNA na kojoj je sada vezan polipepti d nalazi se na P-
mjestu, a slobodna tRNA na E-mjestu s kojeg napušta podjedin icu; A-mjesto je
slobodno za vezanje slijede će tRNA s odre đenom aminokiselinom i sinteza
polipeptidnog lanca se nastavlja
Vezna mjesta na ribosomu
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sinteza polipeptidnog lanca
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sinteza polipeptidnog lanca
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Modifikacije proteina
� sintetizirani polipeptidni lanac na ribosomima premješta se kroz membranu u
lumen zrnate endoplazmatske mrežice pri čemu dolazi do N-glikozilacije
polipeptida; N-glikozilacije su neophodne za nabiranje po lipeptidnog lanca
� konačni rezultat svih modifikacija na polipeptidu je zauzimanje konačne
konformacije proteina
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Nabiranje polipeptidnog lanca tijekom njegove sinte ze (formiranje sekundarne i tercijarne strukture prote ina)
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Promjene na polipeptidnom lancu nakon završetka njegove sinteze
� građevni proteini� metabolički proteini � transport proteina u druge � transport proteina u druge
dijelove stanice ili izvan stanice
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
Sumarna slika sinteze proteina u eukariota
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan
� Slike su preuzete iz knjige:
Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P
Molecular Biology of the Cell
Garland Science/Taylor & Francis Group, Fourth Edition
New York, USA, 2002
Prof.dr.sc. Reno Hrašćan