genetika_mikroorganizama

5/10/2018 Genetika_mikroorganizama - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/genetikamikroorganizama 1/34

GENETIKA

MIKROORGANIZAMA

Uvod u mikrobiologiju tla



značajno područje biologije

znanost o nasljeđivanju i varijabilnosti

mikroorganizmi su zahvalni objekti zaproučavanje naslijeđa

istraživanje mikrobne genetike omogućilo je

otkrivanje vrlo bitnih genetičkih fenomenakoji se nisu mogli istraživati navišestaničnim organizmima s dugim

generacijskim vremenom i stanicama vrlodiferenciranim prema funkcijama tkiva iorgana




DNA – molekula naslijeđa kod svih prokariota ieukariota

molekule koje ulaze u sastav DNA:- šećer deoksiriboza- fosfat- 4 različite baze (purini: adenin (A) i gvanin (G)

pirimidini: citozin (C) i timin (T) )

1953. James Watson i Francis Crick predložili model

trodimenzionalne strukture DNA koji je najboljemogao objasniti složenu biološku strukturu ovemakromolekule kao i mehanizam replikacije (1962.Nobelova nagrada)

STRUKTURA MOLEKULE DNA




1. biološki aktivnu molekulu čine

dva polinukleotidna lanca DNA

2. dva se lanca obavijaju okosredišnje osi čineći 2-strukuzavojnicu. Baze su smještenes unutarnje strane zavojnice, ašećeri i fosfati s vanjske

3. dva su lanca međusobno

povezana vodikovim vezama ito specifično preko A jednog iT drugog lanca, te G jednog iC drugog lanca

4. dva lanca DNA suantiparalelna, što znači da suusmjerena u suprotnimpravcima s obzirom na 3`- 5`

fosfodiestersku vezu




Okosnica šećer – fosfat smještena je na periferiji dvostrukeuzvojnice – STRUKTURALNA ULOGA

Pu i Py – smješteni u unutrašnjosti – nose GENETIČKUINFORMACIJU

4 vrste N baza: 2 Pu – A i G

2 Py – T i C

A se sparuje s T

G se sparuje s CLanci su međusobno

komplementarni

H – veze između parova baza drže 2 lanca na okupu


RNA se razlikuje od DNA:

- šećerna komponenta (riboza)- Py je uracil (U)

- RNA je jednolančana molekula



= proces tijekom kojeg od 1 roditeljske molekule DNAnastaju 2 jednake molekule. Pri tome oba lanca roditeljskemolekule služe kao kalupi za sintezu

novih,komplementarnih lanaca

Zbog obligatnog sparivanja A – T, G – C, 1953. godine Watson i Crick

su sugerirali da pri replikaciji jedan komplementarni lanac DNA služikao kalup drugom lancu.

Da bi stanica nastavila život iz generacije u generaciju, tj. da bi seDNA prenosila – mora imati sposobnost stvaranja vlastite kopije


REPLIKACIJA DNA



Odmatanje i odvajanje

dvostruke uzvojnice – sintezanovih lanaca (strukturareplikacijske rašlje)

Roditeljski lanci služe kao

kalupi za tvorbu novih,komplementarnih lanaca -semikonzervativna replikacija(svaka molekula kćerka primapo 1 lanac od molekule majke)

Reiji Okazaki razriješio dilemu: – oba lanca se sintetiziraju usmjeru 5’ → 3’

– vodeći lanac se sintetizirakontinuirano- tromi lanac se sintetizira uobliku fragmenata




Složeni proces u kojem sudjeluju mnogi proteini među kojima 3vrste DNA-polimeraza, te DNA ligaza




DNA transkripcija RNA translacija proteini

TOK GENETIČKE INFORMACIJE(“centralna dogma”)

- DNA sadrži uputu za biosintezu proteina;




= proces sinteze RNA koji se odvijaprepisivanjem slijeda nukleotidajednog lanca DNA (koji služi kao“kalup”) u redoslijedkomplementarnih nukleotida u RNA

RNA se sintetizira pomoću RNApolimeraze (holoenzim) - pomoćuuputa s DNA kalupa

Nakon završetka sinteze, molekula

ove “glasničke” RNA (mRNA, odmessenger) odvaja se od DNA kao

jednolančana molekulakoja prenosiuputu za sintezu proteina

Nakon transkripcije

- DNA se vraća u ds formu

3 skupine RNA molekula prisutne ustanicama: mRNA, tRNA i rRNA(svaka ima ključnu ulogu u biosintezi

proteina)

TRANSKRIPCIJA




= prevođenje genetske uputesadržane u mRNA u redoslijedaminokiselina u rastućempolipeptidnom lancu → nastajespecifičan protein

sudjeluju molekule tRNA (transferRNA), specifične za svaku pojedinuaminokiselinu

Sve tRNA, bez obzira na

specifič

nost,odlikuju sejedinstvenom općom strukturom(lanac od 80-ak nukleotida, oblikadjeteline)

Kodon u mRNA (skupina od 3 baze,

šifra za ak) raspoznaje antikodon utRNA, a ne aminokiselinu koja je nanju vezana

Kodon stvara parove baza santikodonom

TRANSLACIJA




Sinteza proteina odvija se naribosomima

rRNA čini komponentu

ribosoma Udruživanjem mRNA, tRNA i

jednog dijela ribosomskepodjedinice započinje sintezaproteina (tj., povezivanje akpeptidnim vezama)

Složeni proces – zahtijeva

koordiniranu suradnju više od100 makromolekula (mRNA,tRNA, enzimi za aktivaciju ak,proteinske faktore, ribosome)




OSOBITOSTI PROKARIOTSKIH IEUKARIOTSKIH ORGANIZAMA

S obzirom na način organizacije stanice, genetičariklasificiraju živuće organizme u 2 glavne skupine:

prokariote i eukariote.

Virusi predstavljajuzasebnu skupinu, jersu organizacijski ispod

razine organizacijeprokariota (nemajustaničnu organizaciju,sadrže ss ili ds DNA ili

isto tako ss ili ds RNA(nikad obje) upakiranuu proteinski omotač.




Prokarioti

• bakterije, cijanobakterije

• jednostavne stanične organizacije

• sadrže 1 kromosom – kružnadvolančana DNA, koja je slobodna

bez proteina i nije obavijenamembranom (genetski materijal nijeobavijen membranom pa zato prava

jezgra ne postoji; obično smještena

u sredini stanice




• transkripcija i translacijadogađaju se istovremeno

• stanice se umnažajuprocesom koji se nazivastanična dioba; s obziromna ishod stanična dioba

sliči mitozi, ali to nisuidentični procesi




Eukarioti

• biljke i životinje

• sadrže pravu jezgru okruženumembranom (vanjska i unutrašnja)

• imaju kompleksne organele

• jezgricu

• kromosomi sastavljeni od DNA i

proteina – dakle, DNA udružena sproteinima (histonima) omogućuje daDNA zauzme kompaktniju strukturu




• kromosomi su obavijeni jezgrinommembranom, posljedica toga je da sutranskripcija i translacija prostorno i

vremenski odvojene.

• umnožavanje stanica mitozom (nespolninačin razmnažanja), te stvaranje spolnihhaploidnih stanica (mejozom)

•ekspresija gena je mnogo bogatija nego kod

prokariota




VARIJABILNOST

MIKROORGANIZAMA




VARIJABILNOST MIKROORGANIZAMAS obzirom na veliku varijabilnost mikroorganizama razvile

su se i teorije :

monomorfizma (Cohn, 1875. zastupa teoriju o stalnostioblika i statičnosti vrsta)

pleomorfizma (Nageli, 1877. zastupa teoriju opromjenjivosti oblika i vrsta)

polimorfizmu (Tanner, 1916)

oblici i osobine mikroorganizama ovise o promjenjivimuvjetima sredine kojima se mikroorganizmi prilagođavaju,ali isto tako i sami mikoorganizmi utječu na izmjenuekoloških činilaca produktima svog metabolizma.




GENOTIP – sveukupno nasljeđe nekog organizma sveukupna DNA tj. zbirka svih gena nekog organizma određuje čitav niz karakteristika nekog organizma predstavlja potencijalna svojstva nekog organizma, ali ne

stvarna svojstva

FENOTIP – odnosi se na stvarna, izražena svojstva- sve osobine nekog organizma tj. sva njegovafiziološka i morfološka svojstva

označava pojavni oblik genotipa

skup svih osobina jednog organizma nastalih interakcijomgenotipa i okoliša (faktora sredine)




Karakteristike koje nastaju promjenom vanjskih

uvjeta a pod kontrolom gena zovu se modifikacije(privremene i nenaslijedne)

promijene fenotipa - promjene vanjskog oblikauslijed:

- različitih uvjeta kultiviranja mikroorganizama

- različitog sastava hranjive podloge

- različitih fizičko kemijskih faktora, itd.

2 tipa modifikacija: DISOCIJACIJE iADAPTACIJE

MODIFIKACIJE




ADAPTACIJE

niz promjena osobina mikroorganizama kako bi se prilagodili uvjetima

sredine radi preživljavanja, razvitka i razmnožavanja

Prilagodljivost različitim ljekovima – antibioticima ilisulfonamidima; stvaranje rezistentnih sojeva mikroorganizama

prilagodljivost različitim hranjivim supstratima – (npr. šećerima)mikroorganizmi stvaraju posebne adaptivne, odnosno induktivneenzime

prilagodljivost na dezinfekcijska sredstva




DISOCIJACIJE

poseban oblik promjenjivosti mikroorganizama u okviru određenevrste, očituje se pojavom različitih kolonija u istorodnoj populacijimikroorganizama

5 tipova kolonija koje nastaju mikrobiološkim disocijacijama unutarpopulacije:

1. sojevi s glatkim kolonijama (S-oblici, smooth, glatki)2. sojevi s hrapavim kolonijama (R-oblici, rough, hrapavi)3. sojevi sa sluzavim kolonijama (M-oblici, mucoid, sluzavi)

4. sojevi s patuljastim kolonijama (D-oblici, dwarf, patuljasti)5. sojevi gonidijskih kolonija (G-oblici, gonidial)




= bilo kakva promjena molekule DNA naziva se mutacija.

Mutacije su nasljedne promjene genoma koje se prenoses generacije na generaciju.

Mutacije klasificiramo po različitim kategorijama:

LETALNE i NELETALNE – ovisno izazivaju lismrtnost ili ne

Po postanku – SPONTANE ili INDUCIRANE

GENSKE i KROMOSOMSKE

MUTACIJE




Genske mutacije (to č kaste mutacije)

- promjene na nivou gena, javljaju se kao posljedicapromjena slijeda baza u DNA .

Ove mutacije mogu se dogoditi spontano uslijed nekihgrešaka tijekom replikacije DNA.

U proces replikacije uključeni su brojni enzimi. Tienzimi vrlo rijetko rade pogreške jer replikacijski

mehanizam je izuzetno vjeran, ali kad do njih dođeposlijedica su promjene u sastavu baza u DNA.

Dakle, do takvih mutacija dolazi bez intervencije tvarikoje uzrokuju mutacije, te ih zovemo spontanimmutacijama.




UČESTALOST MUTACIJA

Mutacije su vrlo rijetki događaji

Stopa mutacije označava vjerojatnost da će doći do mutacije nekoggena prilikom diobe stanice

Računa se da se one pojavljuju u odnosu 1:104 do 1:1010 po bakteriji u

generaciji.

Moguće je povećati broj mutanata 10 – 100 000 puta ukoliko sebakterijska kultura podvrgne nekim mutagenim agensima (fizikalnim ili

kemijskim).




POSLJEDICE MUTACIJA

• Neke genske mutacije oštećuju ili uništavajustanicu. Promjene genotipa pri čemu stanica gubineku od fenotipskih karakteristika koja joj je potrebnamože biti i pogubna za stanicu.

• Druge stvaraju nova svojstva koja potomstvu kojeih nasljeđuje pružaju bolje mogućnosti za opstanak

u novim okolnostima.




GENETIČKE REKOMBINACIJE KOD PROKARIOTA

REKOMBINACIJA kod bakterija – podrazumijeva događaj kod kojeg jednabakterijska stanica donira DNA drugoj bakterijskoj stanici




ponovnim spajanjem lanaca DNA stvara se novamolekula DNA (slijed baza potječe djelomično od jedne,

a djelomično od druge ishodne molekule DNA)

prijenos genetičke informacije je jednosmjeran – stanicaiz koje se prenosi genetički materijal (genetički davalac),a stanica u kojoj se zbiva proces rekombinacije –

genetički primalac, recipijent




3 načina prijenosa genetičkog materijala:

KONJUGACIJA

TRANSFORMACIJA

TRANSDUKCIJA




1. KONJUGACIJA

KONJUGACIJA – prijenos DNA iz stanice donora u recipienta

neposrednim kontaktom dviju stanica

2. TRANSFORMACIJA

TRANSFORMACIJA – prijenos DNA iz okoline u bakterijsku

stanicu (DNA može biti iz različitih izvora, najčešće ostaci DNA iz mrtvihbakterijskih stanica)

Transformacijom je prvi puta dokazano da se genetički materijal možeprenositi iz jedne bakterijske stanice u drugu, te da je nositelj genetičkeupute molekula DNA.




- tip genetskerekombinacije koja seostvaruje uzgojem

određene vrstemikroorganizama na

hranjivim podlogama ukojima se nalaze

ubijene kulture drugihmikroorganizama.

Mehanizamtransformacije




3. TRANSDUKCIJA

= prijenos odsječka kromosoma stanice donora preko faga u stanicurecipijenta

Nema kontakta dviju stanica kao kod konjugacije, niti se DNA ne prenosikao slobodna kod transformacije, DNA se prenosi unutar bakterijskog

virusa koji se naziva bakteriofag, iz stanice donora u recipijenta

Bakteriofag je virus koji napada bakterije. Građen je od glave u kojoj se nalaziDNA obavijena proteinskim omotačem i repa.




U procesu infekcije, fag se pričvrsti na staničnustijenku bakterije i ispušta svoju DNA u bakteriju –

dolazi do prodiranja DNA faga u stanicu domaćina.

U bakterijskoj stanici, DNA faga se replicira, teusmjerava sintezu proteinskih omotača. Za vrijemerazvoja faga unutar inficirane stanice, DNA domaćinase degradira

Neki fragmenti bakterijske DNA se slučajno upakirajuunutar proteinskih omotača faga, tako da novonastali

fagi nose bakterijsku DNA umjesto DNA faga.

Nakon lize bakterijske stanice oslobađaju se česticebakteriofaga (i transducirani fagi) koji kasnije inficiraju

novu populaciju bakterija.

Transdukcija stanične DNA virusom može dovesti dorekombinacije DNA prve stanice domaćina i DNA

druge stanice domaćina. Unesena DNA integrira se ukromosom.


genetika_mikroorganizama

Documents