2b. nukleinski kiselini.pdf

8/17/2019 2b. Nukleinski kiselini.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/2b-nukleinski-kiselinipdf 1/28

РЕПЛИКАЦИЈА

При секоја делба на клетката целокупнотоколичество ДНК која таа го содржи требаверно да се удвои, односноцелата генетска информација да бидепренесена во секоја новоформиранаклетка-ќерка.

Овој процес се нарекува репликација.

Принцип на семиконзервативност.

https://www.dnalc.org/resources/3d/01-replication-the-helix.html





РЕПЛИКАЦИЈА НА ДНК КАЈ ПРОКАРИОТИТЕ

Слика 8.4. Репликација на циркуларна ДНК молекула. Процесот

започнува на точно определено место (origin) и се одвива водвете насоки Извор: L. Stryer, Biochemistry, 4th ed. Copyright ©

1995 by Lubert Stryer.

Кај E. Coli репликацијата започнува на с

место, кое набљудувано под електронск

изгледа како меурче.

Затоа и се нарекува репликационо меу

Процесот се одвива двонасочно.

За секвенцата означена како replication oврзуваат специфични протеини кои ја ин

контролираат репликацијата.



Слика 8.6. ДНК синтеза со помош на ДНК полимераза III. (А) Синтезата се врши со додавање

на нов нуклеотид на 3` крајот на веригата. Целиот процес се одвива во правец од 5` кон 3`. (Б)

Шематски приказ на ДНК полимераза III. Извор: Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Alberts B,

Johnson A, Lewis J, et al. New York: Garland Science; 2002.

Слика 8.7 . Структурни подединици на ДН

Синтезата на ДНК молекулата е овозможена од група

на пет ензими, ДНК полимераза I, II, III, IV и V.

Во најголем дел синтезата на ДНК се врши со ДНК

полимераза III, додека останатите ДНК полимерази

имаат улога во поправањето на настанатите грешки

при репликацијата.

ДНК полимераза III (90

субединици).

Во својата активна фор

два дела, по еден за ре

секоја верига.



Слика 8.8. Модел на иницијација на репликацијата кај E. Coli. Извор: C. Bramhill and A.Kornberg, 1988, Cell 52:743, and S. West, 1996, Cell 86:177.

За репликацијата да запо

одвива, потребно е двојни

одмота и раздвои.

Кај бактериите, иницијалн

одмотување на спирализи

го има DnaA протеинот.

DnaB протеинот, уште по

хеликаза, е од ензимски к

способен да се движи по д

да ги раскинува водородн

двете вериги се поврзуваа

DnaB исто така учествувазакачувањето на РНК пра

каде што треба да започн

односно да се закачи Pol

Поточно, примазата преку

поврзува за ДНК молекула

синтетизира и прикачува п



Слика 8.10 . ДНК репликација. Шематски е прикажано формирање на

репликационата виљушка, и синтеза на неводечката верига. Со

раздвојување на двојниот хеликс се добиваат две вериги. Едната се

синтетизира континуирано (leading stand), а другата дисконтинуирано

(lagging stand). Извор: H. Lodish, ,Molecular Cell Biology, 3d ed. 1995 by

Scientific American Books, Inc.

Како што репликационата виљушка с

двојниот хеликс се деспирализира и

ензимот хеликаза.

ДНК гиразата го контролира дополнизвиткување на двојниот хеликс.

За раздвоените вериги се прикачува

оневозможуваат повторното нивно п

proteins – single strand binding prot

Примазата (една РНК полимераза) н

верига синтетизира краток РНК прајм

слободна хидроксилна група), за кој

и континуирано ја синтетизира следе



ДНК полимеразата III има способност да ја

синтетизира полинуклеотидната верига

само во насока 5’-3’.

Поради тоа едната ќеркина верига сесинтетизира континурано и се нарекува

водечка верига (leading strand).

Другата пак верига се синтетизира

дискунтинуирано, од помали фрагменти кои,

според името на научникот кој прв ги открил, се

наркуваат Okazaki-фрагменти. Таа верига се означува како

заостанувачка верига (lagging strand).

Okazaki-фрагментите потоа се поврзуваат со

помош на ензимот ДНК лигаза.



Слика 8.10 . ДНК репликација. Шематски е прикажано формирање на

репликационата виљушка, и синтеза на неводечката верига. Со

раздвојување на двојниот хеликс се добиваат две вериги. Едната се

синтетизира континуирано (leading stand), а другата дисконтинуирано

(lagging stand). Извор: H. Lodish, ,Molecular Cell Biology, 3d ed. 1995 by

Scientific American Books, Inc.

Неводечката верига се синтетизир

дисконтинуирано.

Се формираат мали Оказаки фрагм

почетокот имаат прајмер.

Кога нивната синтеза ќе заврши, РНК

отстранува.

Два фрагмента се поврзуваат помеѓуДНК лигаза.



Слика 8.11. Модел за синтеза на двете вериги

истовремено.

Слика 8.12 . Терминација на репликацијата кај Е. Coli. Еднонасполимераза низ Tus протеините е шематски прикажано. Изв

Brown TA.Oxford: Wiley-Liss; 2002.

https://www.dnalc.org/resources/3d/03-mechanism-of-replication-basic.html





Во целиот процес на репликација на ДНК учествуваат многу

различни фактори. Секој од овие протеини е кодиран со соодветен ген.

Мутација во некој од нив може да предизвика неефикасна ил

целосно да ја оневозможи репликацијата.

И доколку нема промена во генетскиот код, само координиран

експресија помеѓу сите гени инволвирани во целиот процес мда резултира со успешна репликација.



ДНК полимеразата, при синтеза на ДНК на комплементарната верига

да полимеризира погрешени нуклеотиди.

Овие грешки во синтезата се доста ретки, на пример кај E.Coli се случ

грешка на секои 104

нуклеотиди. За да се отстрани оваа аномалија на ДНК полимеразата, постои меха

самиот ензим на препознавање и коригирање на грешките кои ги со

Оваа способност се нарекува „proofreading“.

Така на пример, ε подединицата на ДНК полимераза III е задолжена за

корекција на направените грешки.

Кога ќе се вметне погрешен нуклеотид, Pol III препознава дека изостанкомплементарноста на базните парови, прави мала пауза, го отстрану

погрешно закачениот нуклеотид (најверојатно се отстрануваат и сосед

повторно веригата се враќа во првобитната положба и синтезата прод

Ова е само еден од начините како ДНК полимеразата ги отстранува гр



Општите принципи се идентични како и кај прокариотите.

РАЗЛИКИ:

Поголем број на места од кои почнува репликацијата (25 000 кај

клетките на цицачите)

Одвојување на ДНК од хистоните, и повторно поврзување со хистон

после репликацијата

Разлика во структурата на SSB протеините

Различни ДНК полимерази

Оказаки фрагментите зе значително помали (100-200 нуклеотиди; 1

пати помали)

РЕПЛИКАЦИЈА НА ТЕЛОМЕРНАТА СЕКВЕНЦИЈА НА ДНК

РЕПЛИКАЦИЈА НА ДНК КАЈ ЕУКАРИОТИТЕ



На краевите на линеарниот хромозом на еукариотската кле

наоѓаат структури наречени теломери.

Овие структури го зачувуваат интегритетот и го стабилизир

целиот хромозом.

Доколку оваа структура не постои, тогаш крајните делови н

двоверижната молекула имаат тенденција да се спојат и прда формираат циркуларна молекула, или пак подлежат на

деградација.



https://www.youtube.com/watc

При секоја делба на клетката мол

ДНК во пределот на теломерот се

должината на прајмерот.

Со самото скратување на теломе

стабилноста на хромозомот се на

тоа и можностите за негова дезин

зголемуваат.За да се заштити теломерот од ск

некоја критична должина при која

дел од генетскиот материјал, исти

со помош на ензимот теломераз

Интересно за теломеразата е дек

рибонуклеопротеин, односно во с

молекула на РНК која има каталиПритоа на овој ензим не му е пот

според која ќе ја синтетизира крат

секвенција. Самата РНК ја носи м

синтеза на оваа секвенција.

Слика 8.17 . Репликација на теломерот. Извор: Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al.

Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002.

https://www.youtube.com/watch?v=AJNoTmWsE0s

https://www.youtube.com/watch?v=AJNoTmWsE0s



ПОПРАВАЊЕ НА ПОГРЕШНО СПАРЕНИТЕ НУКЛЕОТИД

ПРИ РЕПЛИКАЦИЈАТА (MISMATCH REPAIR)

Една од најчестите мутации се базир

промена на еден нуклеотид (point m

во новосоздадената верига.

При вакви мутации се добива погреш

спарување на нуклеотидите.

Во една ваква состојба кога има несо

пар на нуклеотиди, клетката развила

со кој ќе препознае кој нуклеотид е м

притоа истиот да го замени.



ПОПРАВАЊЕ СО ОТСТРАНУВАЊЕ НА ОШТЕТЕНИТЕ

НУКЛЕОТИДИ (EXCISION REPAIR)

Слика 8.24. Репарација на ДНК со UvrABC механизмот.

Под дејство на надворешните влијадо структурни промени на нуклеотид

тоа и конформациски промени во дв

хеликс.

Типичен пример е формирањето на

помеѓу два тимина променети под

УВ зраците.

Ваквите неправилности можат да се

детектираат од група на протеини ко„лизгајќи“ се по ДНК, бараат промен

формата на молекулата.

Eден од подобро објаснетите механ

овој тип на поправка е кај E. Coli и с

нарекува UvrABC систем.



ПОПРАВАЊЕ НА ПРЕКИНИ НА ДВОЈНАТА ВЕРИГА СО

РЕКОМБИНАЦИЈА (RECOMBINATION REPAIR)

Слика 8.25. Репарирање на ДНК со рекомбинација на хомологни и

нехомологни краеви. Извор: Molecular Biology of the Cell. 4thedition.Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. New York: Garland Science;

2002.

Најопасен вид на оштетување на ДН

хеликс ќе биде прекинат.

Најчесто ова се случува поради јониз

зрачења, оксидирачки молекули, греш

репликацијата или под дејство на нек

меѓупродукти при метаболизмот на к

РЕКОМБИНАЦИЈА НА НЕХОМОЛОГ

КОРИСТЕЊЕ НА ХОМОЛОГНИОТ Н

ХРОМОЗОМ КАКО МАТРИЦА ЗА ПО

ОШТЕТЕНИОТ ХРОМОЗОМ.

https://www.dnalc.org/resources/3d/18-dna-damage.html





Интересно е да се напомене дека клетката, кога ќе се најде во

екстремни состојби кои индуцираат значителни оштетувања на ДН

има способност да активира алтернативни механизми за поправањ

оштетените делови на ДНК. Така на пример, при продолжено изложување на УВ-зрачења или

повисоки температури, клетката E. Coli индуцира група од 15 разл

гени.

Овој таканаречен SOS систем кај Е. Coli покрај тоа што интензивно

поправа оштетените делови на ДНК, исто така и е склон кон созда

на додатни мутации. Со индуцирање на серија од дополнителни мутации, се зголемува

можноста да се добијат единки кои ќе бидат способни да преживеа

новите екстремни услови.



КОНТРОЛА НА ГЕНСКАТА ЕКСПРЕСИЈА

Под контрола на генската експресија се под

механизам со кој се одредува кога генот и в

мерка ќе биде активиран.

Колку еден ген ќе биде активиран, зависи о

продуктот кој го кодира во дадениот момен

потребен или не на клетката.

Контролата на создавањето на крајниот про

да се случи уште на почетокот, при транскр

стадиумот на синтеза на протеините, однос

транслацијата, или пак при посттранслациомодификација на протеините.

Блокирањето на транскрипцијата е малку п

процес, меѓутоа заштедува ресурси и енер

што клетката не создава непотребни проте

посттранслационата модификација е побрз

понеекономична за клетката.



МЕХАНИЗАМ НА ГЕНСКАТА РЕГУЛАЦИЈА КАЈ

ПРОКАРИОТИТЕ

Слика 7.2. Негативна контрола на lac оперонот. Генот и кодира

репресорен протеин кој се врзува за промоторот и ја блокира

транскрипцијата на гените z (β-галактозидаза), y (пермеаза) и a

(трансацетилаза) (горе). Лактозата се врзува за репресорниотпротеин, го инактивира и на тој начин ја овозможува транскрипцијата

на гените во lac оперонот (доле). Извор: The Cell: A Molecular Approach.

2nd edition. Cooper GM. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.

Слика 7.3. Позитивна контрола на lоперонот под дејство на нискоколичество на гликоза. Извор: The C

A Molecular Approach. 2nd edition. CoopGM. Sunderland (MA): Sinauer Associate

2000.



МЕХАНИЗАМ НА ГЕНСКАТА РЕГУЛАЦИЈА КАЈ

ЕУКАРИОТИТЕ

Исто како бактериите, и еукариотските клетки можат да ја контролираат

генската експресија на ниво на транскрипција, транслација и

посттранслациона модификација на протеините.

Покрај заедничките, еукариотите имаат уште три додатни механизми со кои ја

регулираат генетската активност:

- Хроматинско ремоделирање

- Посттранскрипциона регулација на генската експресија- Модификација на пре-РНК

- Контролирање на животниот век на иРНК



ХРОМАТИНСКО РЕМОДЕЛИРАЊЕ

За да може клетката да ja собере во

долгата ДНК молекула, потребно е спакува. Тоа го прави со тоа што ја

околу протеини наречени хистони.

Група од осум хистонски протеини з

двапати со молекулата на ДНК, град

нуклеозом.

Тесната врска помеѓу ДНК и хистон

овозможена меѓу другото и поради електричен полнеж кој го поседуваа

молекули, ДНК е негативен, а хисто

позитивно наелектризирани.

Помеѓу два нуклеозома се наоѓа вр

„linker “ ДНК која не е обвиткана окол



Транзиција на хроматионот



Еухроматин и хетерохроматин



ХРОМАТИНСКО РЕМОДЕЛИРАЊЕ

Слика 7.4. Активирање на

генот со помош на

модифицирање на

хроматинот. The Cell: A

Molecular Approach. 2nd edition.

Cooper GM. Sunderland (MA):Sinauer Associates; 2000.

Клетката го модифицира хроматинот на н

- Со помош на хроматин ремоделирачк

(chromatin remodeling complex) кој има

се врзе за ДНК на местото на нуклеозо

одвитка од хистонскиот комплекс.

- Ацетилирање на лизинските остатоци протеини, со што се активираат гените

- Метилирање, најчесто на цитозинот, с

инхибира генската активност.



Cis и Trans генски регулаторни елементи

*Регулаторните елементи, кои се наоѓаат на истата верига како и генот, се ве

cis ефект врз неговата експресија.

Во cis елементи спаѓаат промоторот, енхансерот и силенсерот (пригушувач).

*За овие ДНК секвенции се врзуваат различни молекули, најчесто протеини,

дека имаат trans ефект врз дадениот ген.

Во trans елементи спаѓаат транскрипционите фактори.

Транскрипционите фактори понекогаш се присутни во клетката, меѓутоа не се акти

се изврши нивно активирање, на пример со фосфорилација, или пак со нивно свр

други молекули.

На транскрипционите фактори најчесто разликуваме два различни дела, едниот е

дел, а другиот е протеин врзувачки дел.

Со првиот домеин се поврзува за соодветните cis елементи на генот, а со другиот

поврзува директно со РНК полимеразата или пак со останатите транскрипциони ф

што формираат регулаторен комплекс.



Доколку транскрипциониот фактор ја индуцира генетската експресија, се вика

Доколку транскрипциониот фактор ја инхибира базалната транскрипција на ге

вика репресор.

Транкрипционите фактори можат да делуваат самостојно или синергистички помеѓу

Некои транскрипциони фактори за едни гени можат да бидат активатори, а за други

Контролата на активноста на активаторите и репресорите може да биде на раз

- Контрола на нивната синтеза и деградација (бавен процес)

- Активација и деактивација, на пример со фосфорилација (брз процес

- Контрола на преносот низ јадрената мембрана- Демаскирање на активниот домеин

П



ПОСТТРАНСКРИПЦИОНА РЕГУЛАЦИЈА НА ГЕНСКАТА

ЕКСПРЕСИЈА

Слика 7.17 . Како сплајсингот влијае на функцијата на генот. Една сплајс форма се

однесува како активатор, а друга како репресор. Извор: The Cell: A Molecular Approach.

2nd edition. Cooper GM. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.

АЛТЕРНАТИВЕН СПЛАЈСИНГ

АЛТЕРНАТИВНА

ПОЛИАДЕНИЛА

Доколку еден ген им

полиаденилирачки

формирањето на по

може да се добијат

разликуваат во 3` кр

тоа и на C-терминал

протеинот.



РНК ИНТЕРФЕРЕНЦИЈА

Слика 7.20 . Регулација на генската експресија со RNK

интерференција.

Слика 7.21. Генетска регулација со микроРНК (microRNA). И

A. Sharp, Nature 430, 161-164.

2b. nukleinski kiselini.pdf

Documents