Biohemija nukleinskih kiselina Genetska informacija deoksiribonukleinske kiseline (DNK) ribonukleinske kiseline (RNK) DNK je nosilac naslednih informacija u ćeliji, dok RNK učestvuju u prenošenju tih informacija i njihovom prevoñenju u proteine. RNK je nolisac naslednih informacija kod nekih virusa. Graña nukleozida i nukleoida ostatak fosforne kiseline nukleotid azotna baza šećer – pentoza nukleozid Azotne baze Pentoze Fosfatna grupa Sastav DNK nukleotida: dezoksiriboza azotna baza (A, G, C ili T) ostatak fosforne kiselina Sastav RNK nukleotida: riboza azotna baza (A, G, C ili U) ostatak fosforne kiselina Hemijske veze u nukleotidu ostatak fosforne kiseline azotna baza šećer – pentoza Nazivi nukleozida i nukleotida Nukleotide možemo smatrati, s jedne strane kao estre nukleozida (fosfate), a sa druge strane kao kiseline zbog prisustva ostataka fosforne kiseline pa im u skladu sa tim dajemo i nazive. Dezoksiribonukleotidi NUKLEOTID: dezoksiadenozin-5'-monofosfat dezoksiadenozinmonofosfat 5'-dezoksiadenilna kiselina dezoksiadenilat SKRAĆENICE: A, dA, dAMP NUKLEOZID: dezoksiadenozin dezoksiguanozin-5'-monofosfat dezoksiguanozinmonofosfat 5'-dezoksiguanilna kiselina dezoksiguanilat G, dG, dGMP dezoksiguanozin Dezoksiribonukleotidi NUKLEOTID: (dezoksi)timidin-5'-monofosfat (dezoksi)timidinmonofosfat 5'-(dezoksi)timidilna kiselina (dezoksi)timidilat dezoksicitidin-5'-monofosfat dezoksicitidinmonofosfat 5'-dezoksicitidilna kiselina dezoksicitidilat SKRAĆENICE: T, dT, dTMP C, dC, dCMP NUKLEOZID: (dezoksi)timidin dezoksicitidin Ribonukleotidi NUKLEOTID: adenozin-5'-monofosfat adenozinmonofosfat 5'-adenilna kiselina adenilat guanozin-5'-monofosfat guanozinmonofosfat 5'-guanilna kiselina guanilat SKRAĆENICE: A, AMP G, GMP NUKLEOZID: adenozin guanozin Ribonukleotidi NUKLEOTID: uridin-5'-monofosfat uridinmonofosfat 5'-uridilna kiselina uridilat citidin-5'-monofosfat citidinmonofosfat 5'-citidilna kiselina citidilat SKRAĆENICE: U, UMP C, CMP NUKLEOZID: uridin citidin Povezivanje nukleotida u polinukleotidni niz fosfodiestarske veze između C3’ atom pentoze jednog nukleotida i C5’ atoma pentoze narednog nukleotida u lancu Redosled nukleotida – primarna struktura DNK i RNK Početak polinukleotidnog niza je 5’ kraj Genetska informacija je uskladištena u primarnoj strukturi nukleinske kiseline Sekundarna struktura DNK – dupli heliks -2 antiparalelna lanca formiraju dvostruki heliks formiranjem vodoničnih veza izmeñu komplementarnih baza i hidrofobnim interakcijama - jedna zavojnica je 3.4 nm (34A) i cini je oko 10.4 baznih parova (bp) -precnik duplog heliksa je 2nm (20A) -- rastojanje izmedju susednih baznih parova je 0.34 nm (3.4A) G-C: 3 vodonične veze A-T: 2 vodonične veze DNK je fleksib fleksibilan molekul, moze imati razlicite konformacione forme u zavisnosti od sekvence baza i/ili uslova izolovanja B-DNK (Watson(Watson-Crick struktura)struktura)-desna zavojnica, precnik heliksa 2.4 nm, 10.4 bp po zavojnici, jedna zavojnica 3.4 nm A-DNK – desna zavojnica, precnik heliksa 2.6 nm, 11 bp po zavojnici, jedna zavojnica 2.5 nm Z-DNK – leva zavojnica, precnik heliksa 1.8 nm, 12 bp po zavojnici, jedna zavojnica 4.5 nm Struktura RNK •Opšte karatkteristike: –Riboza, uracil –Obično jednolančana, ipak često prisutna sekundarna i tercijerna struktura –Nosilac naslednih informacija nekih virusa •Vrste: –iRNK, tRNK, rRNK – učestvuju u sintezi proteina –druge RNK – učestvuju u sintezi i obradi RNK •Neke RNK imaju enzimsko dejstvo Pakovanje DNK u ćeliji •Prokarioti – superspiralizovana cirkularna DNK, interakcija sa RNK i proteinima •Eukarioti – DNK spakovana u hromozome, interakcija sa histonskim i nehistonskim proteinima Nukleozomi – prvi nivo pakovanja 30 nm vlakno – sledeći nivo pakovanja • učestvuje histon H1 nukleozomi 30 nm vlakno Dvolančana zavojnica DNK Nukleozomi Nukleozomski paketi Petlje Trake na hromozomima Metafazni hromozom Centralna dogma molekularne biologije –DNK DNK se prepisuje u RNK,a RNK nosi informaciju za sintezu proteina Replikacija (replika=kopija) • Proces dupliranje molekula DNK pri kome od jednog nastaju dva potpuno identična molekula DNK. Semikonzervativan proces Semidiskontinuiran proces SEMIKONZERVATIVNI MODEL REPLIKACIJE roditeljski molekul DNK razdvajanje lanaca pri čemu će svaki poslužiti kao matrica za sintezu novog lanca komplementarno sparivanje baza dva novonastala molekula DNK DNK-polimerazama – glavni enzim replikacije • DNA-polimeraza uvek sintetišu novi lanac u smeru 5’-3’ (matrica se čita u 3’-5’ smeru) • DNK-polimeraza ne može započeti (inicirati) sintezu novog lanca DNK – započinje je primaza (RNK polimeraza) • DNK-polimeraza se vezuje za dezoksribonukleozidtrifosfate • DNK-polimeraza kopira DNK sa vrlo visokom tačnošću -greška prilikom replikacije 10-9 –formira se estarska veza izmedju 5’ fosfata novog nukleotida i 3’ hidroksilne grupe na kraju lanca koji se sintetiše –sinteza novog lanca u 5’→3’ smeru, na osnovu komplementarnosti –DNK polimeraza se vezuje za deoksiribonukleozid trifosfate (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) –pirofosfat se oslobaña (dalje u 2Pi), obezbeñuje energiju za vezivanje dezoksiribonukleozid monofosfata (dAMP, dGMP, dCMP, dTMP) –enzim ostaje stalno vezan za replikacionu viljusku Opšti pregled replikacije - Bakterijska DNK Replikacija cirkularne DNK: - započinje u replikativnom početku (origin replikacije) gde se vezuju proteini inicijatori replikacije - odvija se u oba pravca istovremeno - mesto replikacije (aktivne DNK sinteze) se označava kao replikativna viljuška (uvek ih ima dve) - replikacija se završava u terminacionom regionu Replikacija kod bakterija dve replikativne viljuške Replikativna viljuška Replikativna viljuška je asimetrična, oba lanca se sintetišu u 5’-3’ smeru, ali jedan lanac se sintetiše kontinuirano (vodeći lanac) a drugi diskontinuirano, u vidu Okazaki fragmenata koji se kasnije povezuju (lanac koji zaostaje). => Replikacija je semidiskontinuiran proces Enzimi replikacije 1. DNK polimeraza 2. RNK polimeraza ili primaza – enzim koji vrši sintezu RNK početnice (prajmera) na čiji će 3‘ kraj DNK polimeraza nastaviti da ugrañuje nukleotide (RNK početnica je neophodna kako za vodeći lanac, tako i za svaki Okazaki fragment) 3. Ligaza- enzim koji povezuje Okazaki fragmente (jako je važno da pre povezivanja Okazaki fragmenata, RNK početnice budu isečene i da se ta praznina popuni, a to vrši enzim DNK polimeraza) Bakterijske DNK polimeraze •DNK polimerazu I • polimerazna aktivnost u smeru 5’-3’ uključena u proces replikacije • egzonukleazna aktivnost u smeru 3’-5’ • egzonukleazna aktivnost u smeru 5’-3’. DNK polimeraza II • polimerazna aktivnost u smeru 5’-3’ uključena u procese reparacije • egzonukleazna aktivnost u smeru 3’-5’ DNK polimeraza III (DNK replikaza) • polimerazna aktivnost u smeru 5’-3’ • egzonukleazna aktivnost u smeru 3’-5’ glavni enzim replikacije Razdvajanje lanaca DNK i formiranje replikativne viljuške 1. DNK helikaze (mašine na ATP pogon)-omogućavaju raskidanje H-veza i otvaranje dvolančane zavojnice 2. SSB proteini (single strand binding)-proteini koji se vezuju za jednolančanu DNK i održavaju replikativnu viljušku otvorenu 3. DNK TOPOIZOMERAZE-smanjenje tenzije uvrtanja u dvolančanom delu DNK usled otvaranja replikativne viljuške (kod prokariota se nazivaju DNK žiraze) Tenzija uvrtanja Replikacija DNK Replikacija DNK kod eukariota • Replikacija počinje na više mesta duž hromozoma - replikoni, što obezbeñuje brže udvajanje velikog molekula DNK • Smatra se da se ne narušava struktura nukleozoma DNK polimeraze kod eukariota DNK polimeraze α , β, γ, δ, ε ……. γ – replikacija mitohondrijske DNK β –reparacija oštećenja DNK α i δ i ε –replikacija hromozomske DNK Transkripcija • iRNK, tRNK, rRNK, mala nuklearna (snRNA), mala nukleolarna (snoRNA).... • Sve osim iRNK su krajnji produkti ekspresije gena • RNK polimeraza – glavni enzim transkripcije sinteza novog molekula RNK u pravcu 5’ →3’ • Transkripciona jedinica – segment DNK koji se prepisuje • Segment DNK koji prepoznaje i za koji se vezuje RNK polimeraza se naziva promotor • Transkripcija je važno mesto regulacije genske ekspresije RNK polimeraza • ne zahteva prisustvo prajmera ili početnice U • RNK polimeraza se vezuje za ribonukleozidtrifosfate ATP, GTP, CTP i UTP • po principu komplementarnosti sa bazama u DNK ugrañuje komplementarne ribonukleozidmonofosfate • energija dobijena odvajanjem PPi, a zatim 2Pi Tri faze transkripcije: 1. inicijacija (vezivanje RNK polimeraze za promotor, otvaranje dvolancane zavojnice 2. elongacija (ugradnja nukleotida, formiranje fosfodiestarske veze) 3. terminacija Orijentacija promotora i izbor lanca-matrice Novosintetisani lanac RNK je i po smeru i po redosledu nukleotida identičan lancu DNK koji nije prepisan osim što umesto T ugradjuje U. Lanac kom je identičan se naziva sense ili kodirajući, a lanac koji se prepisuje je lanac matrice Transkripcija kod prokariota •Kod prokariota transkripcija se odvija u nukleoidu. •Sve tri vrste RNK prepisuje jedna RNK polimeraza •Molekul iRNK, koji nastaje na ovaj način se ne obrañuje, odmah po sintezi je funkcionalan, nosi informaciju za sintezu obično više proteina, koji su potrebni za obavljanje jednog metaboličkog procesa. •Pošto se set susednih gena prepisuje na jednu RNK koja onda kodira više proteina, ova RNK je označena kao POLICISTRONSKA Cistron – deo DNK kodira za jedan polipeptidni lanac •Kod eukariota-1gen-1RNK-1 proteinMONOCISTRONSKA RNK TRANSKRIPCIJA KOD PROKARIOTA • Istovremeno sa translacijom • iRNK - kratkoživeće • RNK polimeraza E.coli •Holoenzim: jezgro (α α, α΄( ω), β, β’) i σ Sigma subjedinica ima ulogu u prepoznavanju promotorskog regiona, a da bi otpočela transkripcija sigma subjedinica mora da disosuje TERMINACIJA TRANSKRIPCIJE signal za terminaciju: - specificno uvrtanje transkripta (formiranje intramolekulske zavojnice) zbog uzastopnih U ostataka ili - vezivanje ρ faktora Razlike izmedju inicijacija transkripcije kod prokariota i eukariota • bakterije sadrže jedan tip RNK polimeraze dok eukarioti sadrže 3 tipa RNK polimetaze • transkripcija i translacija su vremenski i prostorno odvojeni kod eukariota • bakterijska RNK polimeraza može sama inicirati transkripciju dok eukarioteske zahtevaju pomoć odredjenih proteina koji se nazivaju transkripcioni faktori • inicijacija transkripcije kod eukariota je kompleksnija i zbog pakovanja DNK u nukleozome RNK polimeraze u eukariotskoj ćeliji lokalizacija produkti RNK pol I nukleolus 28S , 18S , 5.8S rRNK RNK pol II nukleus iRNK nukleus tRNK , 5S rRNK RNK pol III Posttranskripciona obrada iRNK kod eukariota Nastala pre-mRNK (hnRNA) sadrzi egzone (kodirajuca sekvenca za polipeptidni lanac) i introne (umetnute sekvence) i podleže čitavom nizu transformacija: •Vezivanje modifikovanog guanozina na 5’ kraj (5’ kapa) •Vezivanje poli A na 3’ kraj (3’ rep) •Isecanje introna i povezivanje egzona - splajsovanje (vrši se u splajsozomima) Translacija – sinteza proteina Proces prevodjenja sekvence nukleotida mRNK u sekvencu aminokiselina u proteinu. proteinu Translacija se odvija na ribozomima geneticki kod Triplet baza na iRNK – KODON => šifra za jednu aminokiselinu Triplet baza na tRNK – ANTIKODON (antikodon je komplementaran kodonu) Standardni genetički kod • iRNK klizi duž ribozoma i nosi informaciju o redusledu aminokielina • tRNK dovodi jednu po jednu aminokiselinu do ribozoma (antikodoni na tRNK su komplementarni kodonima na iRNK) • Faze translacije: inicijacija, elongacija i terminacija • mnogi proteinski faktori potrebni za svaki korak • start kodon (AUG za metionin kod eukariota, formilmetionin kod prokariota) • stop kodoni, signal za prestanak prevodjenja Vezivanje kodon - antikodon sinteza proteina: od N ka C kraju čitanje kodona na iRNK: od 5‘ ka 3‘ kraju Sinteza proteina – u tri koraka •Peptidil transferaza – katalitička aktivnost velike subjedinice ribozoma •Utrošak energije (GTP) Da bi postao funkcionalan novosintetisani protein podleže posttranslacionim modifikacijama Kontrola ekspresije gena kod prokariota • najviše na nivou transkripcije Geni koji kodiraju funkcionalno povezane enzime se nalaze jedan do drugog, imaju zajednički promotor i čine jednu ekspresionu jedinicu (od njih nastaje policistronska iRNK) Elementi koji kontrolišu njihovu ekspresiju OPERON • U okviru promotora nalazi se operator, mesto za koje se vezuju regulatorni proteini koji mogu biti aktivatori ili represori i koji aktiviraju ili inhibiraju transkripciju datog operona Primer: negativna kontrola Lac operona Laktozni operon: tri gena čiji produkti učestvuju u razgradnji laktoze Nema laktoze, represor vezan za operator => nema transkripcije Ima laktoze, represor se vezuje za laktozu => teče transkripcija Kontrola ekspresije gena kod eukariota GENI Transkripcija Kontrola regulacijom transkripcije RNK Translacija Bez modifikacije FUNKCIONALNI ENZIMI Inhibiija i aktivacija PROTEINI (ENZIMI) Kovalentna modifikacija Kontrola funkcionalnosti enzima AKTIVNI ENZIMI Kontrola regulacijom translacije Kontrola proteazama Degradacija Kontrola posttranslacionom modifikacijom NEAKTIVNI ENZIMI GEN deo DNK koji koji nosi informaciju za sintezu RNK molekula (rRNK, tRNK) ili polipeptidnog lanca (preko iRNK) GENOM kompletan genetički materijal organizma (obuhvata gene ali i nekodirajuće sekvence) GENOTIP čitav set gena jednog organizma
© Copyright 2024 Paperzz
