BIOLOŠKO NASLJEĐIVANJE

• GENETIKA je biološka nauka koja proučava pojave, procese i zakonitosti biloškog naslijeđivanja, kao i promjenjljivosti (varijabilnosti) osobina živih bića.

• Osnovni zadatak genetike je da prouči procese promjenjljivosti osobina živih bića, tj. uzroke (faktore) i mehanizme nastanke razlika koje postoje između generacija (roditelja i potomaka), kao i između pripadnika iste vrste.

• Podjela prema problematici istraživanja:

– klasična genetika (Mendelijanska)– molekularna: -gen. nukleinskih kiselina

1. -gen. proteina2. -gen. ribosoma3. -gen. nukleolusa

– biohemijska genetika– citogenetika– genetika razvića (fiziološka genetika): -imunogenetika

• -gen.starenja• -gen. ponašanja

– populaciona genetika– evoluciona genetika – ekološka genetika

prema objektu istraživanja:

• genetika mikroorganizama

• genetika biljaka

• genetika životinja

• genetika čovjeka

prema metodologiji istraživanja:– metamtička genetika– genetika zračenja – biometrijska genetika

Dalje postoje: • kosmička genetika, • poljoprivredna, • farmakogenetika, • humana g.,• medicinska (klinička), • demografska,• eugenika.• Eugenika sagledava perspektive čovjekove

evolucije, tj. način kako da se smanji broj štetnih pojava (promjena) koje postoje u čovjekovim populacijama (neg. eugenika).

• BIOLOŠKO NASLjEĐIVANJE je ponavljanje osnovnih struktura (formi) i funkcija kroz niz uzastopnih generacija organizama iste vrste.

• Biološko naslijeđivanje je kodirani (šifrirani-programirani) skup informacija koji tačno određuje tok razvoja nove generacije.

• Naslijeđivanjem se obezbjeđuje neprekidnost (kontinuitet ) života na Zemlji.

• Taj proces omogućuje da vrste organizama postoje na Zemlji i da se stalno obnavljaju ponavljajući osobine svojstvene toj vrsti (novorođenče čovjeka uvijek lliči na jedinke ljudske vrste, mladunče šimpanza ima svojstva svoje vrste, mali vinogradski puž liči na odraslog).

• OSOBINA (svojstvo, karakteristika, odlika) je bilo koja odlika jednog organizma ili grupe jedniki (bilo da se radi o opisu nekog dijela tijela, npr.boja očiju, boja cvijeta, visina) ili sposobnosti da se ostvari neki fiziološki proces (prisustvo ili odsustvo nekog enzima, otpornost na izlaganje ka ekstremnim faktorima spoljšnje sredina).

• Karakteristike organizma nalaze se pod kontrolom nasljednih faktora koji se prenose s roditelja na potomke, a ispoljavanje svojstava zavisi i od uslova sredine u kojima se organizam razvija.

• To znači da svaki novonastali organizam sadrži jedinstvenu kombinaciju nasljednih faktora koje je primio od svojih roditelja, a njegove osobine rezultat su interakcije između nasljednih činilaca i faktora spoljašnje i unutrašnje sredine pod kojima se razviće vrši.

• EKSPERIMENTI AVERY-a, MACLEOD-a I McCARTY-a• Sve do 40tih godina našeg vijeka smatralose da se geni sastoje

samo iz proteina. 1944. g. Avery, MacLeod i McCarty su vršili ekperimente na bakterijama i definitivno su dokazali da nasljednu materiju predstavljaDNA. Eksperiment izgleda ovako:

• Bakterija DIPLOCOCCUS PNEMONIAE izaziva zapaljenje pluća (pneumoniju). Ova bakterija se javlja u obliku 2 soj (tipa): jedan tip su jedinke sa kapsulom i otporne su na djelovanje pencilina. Drugi tip su «gole» i na njih pencilin djeluje. Postojanje/nepostojanje kapsule predstavlja strogo nasljednu osobinu. Ovi naučnici su gole bakterije držali u ekstraktu samljevenih «oklopljenih» jedinki i kaorezultat tog pojavile su se iz ekstrakta bakterije sa kapsulom. Dokazano je da je aktivni izazivač ove pojave ( nasljedne pormjene) DNA iz oklpoljenih jedinki.

• Novostečeno svojstvo prenoslio se i na slijedeće generacija. Ovaj proces se zove Bakterijska transformacija (nepatogene bakterije su postale patogene).

• Oni su dalje utvrdili da ovaj ekstrakt izgubi mogućnost transformacije ako su dodali enzim dezoksiribonukleazu, koja razgrađuje DNA, ili su na neki drugi način oštetili DNA.

• EKSPRIMENTI HARSLEY-a I CHASE-a (1952.)• Ovi naučnici su potvrdili rezultate Avery-a i saradnika.

Inficirali su bakterijske ćelije sa virulentnim virusima (bakteriofagima).

• Obilježili su virusne proteine sa radioaktivnim sumporom, a virusnu DNA sa radioaktivnim fosforom.

• Dokazali su da virusna DNA ulazi u ćeliju domaćina, dok skoro svi proteini ostaju van ćelije. Prema tome, virusna DNA je ona molekula koja prenosi informaciju za sintezu virusnih proteina i sazrijavanje infektivnih ćestica.

• Ušavši u bakterijsku ćeliju DNA faga je osnovala cijelu novu generaciju faga.

• Dakle, samo DNA je značajna za nastanak nove generacije virusa i omogućuje da se sastavi ne samo nukleinska kiselina, već i nove generacije faga koji sastavljaju specifične bjelančevine.

• To je bio jasan dokaz da je DNA nosilac genetičke informacije.

• NASLJEDNI MATERIJAL (NASLJEDNA SUPSTANCA)

• Nasljedni materijal predstavljaju sva hemijska jedinjenja i strukture u ćeliji i u organizmu koji učestvuju u procesu biološkog nasljeđivanja, a to su :

1. DNA

2. Geni

3. Hromosomi

4. Hromatin (interfazni analog hromosoma)

5. Materijalni nosioci naslijeđivanja, koji se nalaze u strukturi citoplazme.

• Da bi se jedna materija mogla nazvati nasljednom supstancom na kojoj počivaju osnove života sa svim svojim specifičnostima, ona mora imati slijedeća svojstva:1. sposobnost reprodukcije (sposobnost da sama

sebe stvara)

2. sposobnost da nosi genetičku informaciju tj.da kontroliše prirodu i specifičnost biohemijskih procesa koji omogućavaju razviće pojedinih karakteristika organizma.

3. sposobnost promjenjljivosti svoje strukture i funkcije, čime se može objasniti varijabilnost organizama u prirodi i njihovih evolucija.

• Sve gore navedene sposobnosti ima molekula DNA.

• Tokom 50tih i 60tih godina prošlog stoljeća prikupljen je čitav niz eksperimentalnih dokaza u genetičkim karakteristikama DNA: u tom periodu otkriveno je:

1.molekule DNA su prisutne u svim ćelijama svih vrsta, biljnim, životinjskim, bakterijskim i uglavnom se nalaze u jedru.

2. sadržaj DNA u jednoj garnituri hromosoma je postojan (konstantan).

3. somatičke ćelije bilo koje vrste sadrže uvijek istu količinu DNA, bez obzira na funkciju u organizmu.

1. mutageno djelovanje UV zračenja najjače je upravo u onom dijelu spektra koji nukleinske kiseline najbolje apsorbuju

2. data je predpostavka da je genetička informacija u složenom rasporedu 4 nukleotida u nukleinskom polinukleotidnom lancu DNA

3. hemičari su pokazali da DNA predstavlja polimer u kome su 3'5' ugljikovim vezama naizmjenično povezane fosfatna grupa i dezoksiriboza.

Mada postoje velike razlike u rasporedu baza kod raznih DNA, u svakoj određenoj DNA količina adenina je jednaka količini timina, a količina gvanina količini citozina.

• dokazano je da DNA prenosi genetičku informaciju virusa od roditelja ka potomstvu.

• Ovi podaci su omogućili da Watson i Crick 1953. predlože model o strukturi molekula DNA, na osnovu kojeg je bilo moguće shvatiti na koji način ovaj molekul može da ispuni 3 gore navedena uslova, tj.da predstavlja nasljednu supstancu.

James Watson in Francis Crick s svojim modelom strukture molekule DNK

• U viših organizma nukleinske kiseline su većinom vezane sa proteinom u vidu nukleoproteina.

• To su složene bjelančevine, koje za prostetičnu grupu imaju nekleinske kiseline DNA ili RNA.

• U nukleoproteinima veze između nukleinskih kiselina i proteina su jonske, a to znači da se kiselinske grupe (fosfati) vežu sa bazičnim grupama (amino-grupama) proteina.

• Kao i proteini i nukleinske kiseline se mogu hidrolizom razložiti na jednostavnije jedinice monomere (nukleotide).

Daljom hidrolizom svaki nukleotid se može razložiti na 2 molekula:

1. nukleozid i 2. fosfornu kiselinu.Nukleozid se dalje može razložiti na 2 tipa molekula: 1. jednu azotnu heterocikličnu bazu (purinsku ili

pirimidinsku) i 2. jednu pentozu (ribozu ili dezoksiribozu).S obzirom da postoji 5 azotnih baza koje grade nukleinske

kiseline, postoji 5 vrsta nekleotida:• adeninski nekleotid (nekleozid)• timinski • citozinski • guaninski • uracilski

• Sva živa bića svoj genetski materijal imaju u obliku DNK, sa izuzetkom nekih virusa koji imaju RNK.

• DNK ima veoma važnu ulogu u, ne samo prenosu genetskih informacija sa jedne na drugu generaciju, već sadrži uputstva i za građenje neophodnih ćelijskih organela, proteina i RNK molekula.

• DNK segment koji prenosi ova važna upustva se naziva gen.

• U eukariotima, organizmima kao što su životinje i biljke, DNK se nalazi u nukleusu, jezgru ćelije.

• U prokariotima (npr. bakterije) DNK se nalazi u citoplazmi ćelije.

• Za razliku od enzima, DNK molekul ne utiče direktno na druge molekule, već različiti enzimi sarađuju sa DNK i kopiraju informacije ili u obliku duplog DNK molekula (vidjeti replikaciju DNK) ili u obliku proteina.

• Ovakav odnos dio je centralne dogme molekularne biologije.

Centralna dogma molekularne biologije koja kaže da se genetski materijal (DNA) transkribira u RNA i tada translatira u protein, pruža dobru startnu poziciju za razumijevanje ovog područja.

• OSNOVNA DOGMA MOLEKULARNE BIOLOGIJE

Kada je ustanovljeno da su geni dijelovi DNK u vidu linearnog redosljeda nukleotida, postavilo se pitanje kako se geni prenose sa roditeljskih na potomačke ćelije [kroz generacije] i kako se prenose unutar same ćelije [kako se informacija, koju nose geni, prenosi do ribozoma gde će se na osnovu te informacije sintetisati protein]. Odgovor na ova pitanja može se šematski prikazati tzv. osnovnom [centralnom] dogmom molekularne biologije.

• Prema ovoj dogmi, geni se kroz generacije prenose zahvaljujući procesu replikacije koji omogućava da potomačke ćelije dobiju iste gene koje je imala i ćelija od koje su nastale.

• Da bi ćelija mogla da normalno funkcioniše[ da se dijeli, ostvaruje biohemijske procese] potrebno je da stvara različite proteine.

• Vidjeli smo da je priroda proteina strogo utvrđena i određena genima. Sinteza proteina odvija se u ribozomima[u citoplazmi], a geni[ DNK] se nalaze u jedru.

• Usljed toga se kao posrednici između gena,sa jedne i proteina, sa druge strane, umeću molekuli RNK. U procesu transkripcije se uputstvo za sintezu proteina, sadržano u genima,prepisuje na RNK ], a zatim procesom translacije prevodi u redosled aminokiselina u proteinu[ RNK - protein]. Dakle, protok genetičke informacije kroz generacije ćelija vrši se replikacijom, a unutar same ćelije transkripcijom i translacijom.

DNK

Fizičke i hemijske karakteristike • DNK molekul je dugačak polimer koji je

sastavljen nukleotida, jedinica koje se ponavljaju.

• Nukleotidi su veoma male jedinice, međutim DNK molekule se sastoji od miliona nukleotida, što čini ovaj molekul veoma dugim.

• Najveći ljudski hromozom se sastoji od 440 miliona nukleotida, odnosno 220 miliona pari.

• Gledano u brojkama svaka pojedinacna celija sadrzi 46 hromosoma, 2 miliona DNK lanaca, 3 miliona baza(A,G,C,T) i 80 000 kodova za proteine koji obavljaju sve zivotne funkcije.  

• Nukleotidi međusobno povezani čine skeleton DNK molekula sagrađenog od šećera i fosfatnih grupa.

• Ovaj skeleton takođe sadrži četiri različita molekula, baza, i sekvenca ondosno redoslijed ovih baza je ono što kodira genetski materijal.

• Jedna od bitnih funkcija DNK molekula je prenos informacija u oblik amino kiselina, koje grade proteine.

• Ovaj prenos informacija DNK molekula u oblik koji kodira proteine oslanja se na čitanje genetskog koda.

• Mjesto u ćeliji u eukariota se uglavnom nalazi u jedru (nuklearna DNA), ali i u drugim organelama (organelarna DNA), u hloroplastima i mitohondrijama.

• Kod prokariota se nalazi u centralnom dijelu ćelije.

• Nalazi se i u virusima; životinjski virusi uglavnom sadrže DNA a biljni većinom RNA.

• Polinukleotidni lanci molekul DNA sastoji se iz 2 komplementarna polinukleotidna lanca, koji se međusobno uvijaju u vidu spirale a povezani su vodoničnom vezom (dvostruka uzvojnica).

• Molekuli DNA kod eukariota su linearni i mogu dostići dužinu od više stotina mikrona, pa čak i dužinu do 2cm.

• Molekul DNA može biti sastavljen izuzetno od samo jednog lanca, npr.kod izvjesnih faga, ali ona onda ima prstenast (cirkularan) oblik.

• Skelet heliksa čine pentoza i fosforna kiselina, naizmjenično poredano linearno u jednom i drugom lancu, a da su oba lanca bočno povezana parovima azotnih baza i da je cio melekul spiralno uvijen, slično spiralno uvijenoj ljestvici.

• Dakle, azotne baze su smještene u unutrašnjosti spirale, a fosforne grupe i dezoksiriboza se nalaze na periferiji.

• Parovi baza su spojeni hidrogenskim vezama, koje su stabilizirajući faktor DNA heliksa.

• Veličina spirala po deset pentoza i fosfornih grupa nadovezuje se dok se ne oformi puna spirala, tj.11. pentoza se nađe u osi prve pentoze, a dužina jednog takvog zavoja iznosi 0.34nm. dužina spirale je 3.4nm, prečnik joj je 2nm, a rastojanje između baza je 0.29nm.

• Tako se održava stalno rastojanje među bazama dviju niti koje iznosi 0.29nm a cio prečnik dvojnog heliksa je 20nm.

• Komplementarnost ako s jedne strane lanca polazi dvoprstenasti (diciklični) purin A ili G sa naspramne pentoze za njega će se vezati preko H-atoma jednoprstenasti (monociklični) pirimiidn T ili C. Dakle, komplementarne baze u DNA su A-T, C-G.

• Dvostruka i trostruka veza između baza. Razlika među pojedinim molekulama DNA zasnivaju se na razlikama u broju i redoslijedu nukleotida, kojih ima 4 tipa. Uvijek se za adenin vezuje timin (dvojnom vezom A=T), za razliku od gvanina koji se trostrukom vezom vezuje za citzin preko H-atoma CΞG. Grijanjem supstrata u kome se nalazi izolovana DNA može doći do njenog razlaganja (denaturacije), odnosno do razdvajanja 2 polulanca. Utvrđeno je da su na djelovanje temperature otpornije trostruke od dvostrukih veza. Proces je reverzibilan i ostepenim hlađenjem se može uspostaviti normalna struktura molekule.

• Dužina cjelokupne DNA u organizmu može se mjeriti brojem parova nukleotida u njenom lancu.Dužina clejokupne DNA u čovjeka organizovane u kontinuirani dvostruki lanac iznosi oko 2m. Međutim ona ne čini jedinstven lanac već je raspoređena u više pojedinačnih hromosoma, čiji je broj kakrakterističan za svaku vrstu.

• Količinska (kvantitativna) zastupjenost parova nukleotida . u molekuli DNA broj parova nukleotida (G+C) u odnosu na (A+T) karakteristična je za svaku vrstu organizma. Udio (G+C) parova u DNA viših organizama varira u veoma uskim granicama, tako da možemo reći da više biljke i životinje u prosjeku imaju tzv. «A-T» tip DNA., jer se kod njih % (G+C) parova nukleotida kreće u granicama 35-50%. Što su organizmi na nižoj evolutivnoj ljestvici, to je veća varijabilnost u nukleotidnom sastavu DNA. Obim variranja (G+C)parova kod njih iznosi npr. kod bakterija 28-70%, kod virusa 25-75%.

• Opšta količina DNA koja ulazi u sastav jedrove strukture- broj baza u jednom genomu varira prema vrsti organizma., ali u mikroorganizmima je znatno manja.

• Analize su pokazale (Chargaff 1950.) da je broj adeninskih baza jednak broju timinskih baza A=T a broj gvaninskih baza jednak je broju citozinskih baza G=C.

• Međutim, broj parova A-T ne mora biti jednak broju parova G-C , nego može biti veći ili manji.

• Ako se uzme da je C-G=1 tada se nalazi da je (A-T)-(C-G)=0,42:1 ili (A-T):(C-G)=1,85:1, što ovisi od vrste organizma.

• Kod viših biljaka, životinja i mikroorganizama je odnos parova (A-T) veći od (C-G) parova i takva DNA se označava kao «A-T» tip DNA.

• Kod mnogih mikrororganizama posebno kod bakterija, široko je rasprostranjen «G-C» tip DNA.

• Kod čovjeka je taj odnos (A-T):(C-G)=1,53:1. do danas nije utvrđeno zašto je to tako, ali se smatra da je povećanje broja A-T parova u evoluciji viših organizama vezano sa razvitkom tzv. Regulatornih oblasti u DNA (regulatornih gena) za koje je uvrđeno da u većem stepenu sadrže te parove nukleotida (A-T).

• Energetski oblik postojanja nukleotida (ATP; GTP) nukleotidi se još nalaze i u u ćelijama u slobodnom stanju i to kao mono, di i trinukleotidi. Oni imaju važnu ulogu u metabolizmu kao nosioci energije (mekroenergični fosfati). Prema vrsti nekleotidne baze mogu biti AMP, ADP, ATP, GMP, GDP...

• Koencimi osim ovih nekleotida u ćelijama se nalaze i drugi nukleotidi koji predstavljaju različite koencime koji učestvuju u oksido-redukcionim reakcijama, napr. Nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD).

Dakle, postoje 3 vrste nukleotida: 1. U DNA2. Kao energetske supstance3. Kao koencimi

• Šećeri su međusobno povezani fosfatnim grupama koje stvaraju fosfodiestarsku vezu između trećeg i petog ugljenikovog atoma šećernog prstena. Ove asimetrične veze znače da oba polinukleotidna lanca koja čine DNK molekul imaju svoj pravac.

• Kako oba lanca idu u suprotnom pravcu, možemo da kažemo da je DNK antiparalelan. Asimetrični krajevi DNK baza se označavaju sa 5'(pet prim) i 3'(tri prim).

• Antiparalelnost znači da jedan lanac može ići u pravcu 5'→ 3', dok suprotan lanac ide u pravcu 3'→ 5'.

• Antiparalelnost lanaca

•Foseodiestarska veza fosforna grupa se vezuje za prethodni petougljični šećer preko C atoma na položaju 5', a za slijedeći petougljični šećer preko C atoma na položaju 3'.

• Sparivanje baza

• Antiparalelnost dva polinukleotidna lanca DNK molekula

• Spiralni lanac koji čini DNK se održava u tom obliku pomoću vodoničnih veza među parovima dveju baza. U DNK molukulu postoje četiri baze Adenin (A), Citozin (C), Guanin (G) i Timin (T):

Adenin Guanin Timin Citozin

Četiri baze su međusobno komplementarne:

• Adenin (A) s timinom (T) povezan je dvjema vodoničnim vezama

• Guanin (G) s citozinom (C) povezan je trima vodoničnim vezama.

• Svaki par baza rotira u odnosu na susjednu za 36°, tako da svaki obrtaj spirale dva polinukleotidna lanca čine deset parova baza (A-T i G-C).

• Polinukleotidni lanci rotiraju u onom pravcu suprotnom od kazaljki na satu.

• Vertikalna dužina svakog obrtaja spirale je 3,4 nm (nanometar).

• Ovu, sekundarnu strukturu DNK odgonetnuli su Votson i Krik 1953. i za to otkriće dobili Nobelovu nagradu.

• Svaka baza sa jednog lanca se sparuje samo sa jednom bazom na nasuprutnom lancu.

• Ovako sparivanje se naziva komplementarno sparivanje.

• Kako vodonične veze nisu kovalentne, ove veze se lako raskidaju i lako ponovo formiraju. Ove veze se raskidaju ili mehaničkim silama (npr. tokom replikacije) ili visokom temperaturom

• Dvije vodonične veze se lakše raskidaju od tri veze.

• Ovaj podatak je bitan ako sekvenca DNK molekula nije unapred poznata.

• Ako postoji nepoznata sekvenca DNK molekula, u molekularnoj biologiji se primenjuje jedna od tehnika koja koristi temperaturu, te što je temperatura viša, i DNK molekul se teže raskida, može slobodno da se pretpostavi da taj molekul DNK ima veliki broj C i G baza koje su povezane međusobno trima vodoničnim vezama.

• Denaturacija i hibridizacija DNK• Sekundarna struktura DNK je podložna denaturaciji.

• Pod denaturacijom se podrazumijeva narušavanje sekundarne strukture tako da se dvolančani DNK molekul razdvaja na dva polinukleotidna lanca.

• Pod odgovarajućim uslovima može doći do renaturacije , tj. do ponovnog spajanja komplementarnih lanaca DNK.

• Procesi denaturacije i renaturacije odigravaju se i u ćeliji pod kontrolisanim uslovima i u ograničenom obimu.

• Ti procesi predstavljaju neophodan preduslov za normalno funkcionisanje DNK, odnosno za njenu replikaciju, transkripciju pa time i translaciju.

• Kada se u rastvoru nađu dva polinukleotidna lanca koji imaju komplementarne redoslijede nukleotida, nagradiće se hibridni dvolančani molekul.

• Denaturisana DNK može da hibridizuje sa denaturisanom DNK iste ili različite vrste , ili sa RNK.

• Hibridizacija je našla veoma široku primenu u istraživanjima u molekularnoj biologiji i predstavlja jednu od osnovnih tehnika genetičkog inženjeringa.

–U uslovima «in vitro» može se izvesti spajanje pojedinih dijelova rastavljenog lanca DNA koje vode porijeklo od različitih organizama, pa se tako stvara hibridni molekul DNA.

• Pakovanje DNK molekula u ćelijama

• DNK molekul je pristuan kod eukariota i prokariota, i u oba slučaja je sagrađen od dva spiralno uvijena polinukleotidna lanca.

• Međutim, organizacija DNK molekula kod ovih dveju organizama je nešto drugačija.

• Gotovo kod svih prokariota, DNK molekul je zatvoren krug sagrađen od dva spirano uvijena polinukleotidna lanca.

• Kod eukariota organizacija DNK molekula je nešto komplikovanija. DNK molekul je veoma dugačak, u prosjeku do 2.5 metara.

• Ta dužina molekula mora da stane u ćelije koje su jako malo i ne mogu da se vide golim okom. Tako da ćelija mora da veoma kompaktno spakuje DNK molekul, kako bi stao u tako sićušan prostor.

• Način na koji je ovo moguće je zahvaljujući proteinima koji se zovu histoni.

• Histoni su mali, osnovni proteini bogati amino kiselinama kao što su lizin i arginin.

• U eukariotskim ćelijama je pronađeno postojanje pet histona: H1, H2A, H2B, H3 i H4.

Disk sagrađen od 8 histona, 4 gore i 4 dole, oko kojih se DNK molekul obavije

• Histoni su u direktnom kontaktu sa DNK molekulom.

• Osam histona (od svakog po dva H2A, H2B, H3, H4), stvaraju strukture koje izgledaju kao disk.

• Oko svakog tog diska DNK molekul se obavije, u dužini od 166 parova (A-T i C-G).

• Tako uvijeni DNK molekul se obavije oko jedinog preostalog histona H1, koji ne formira strukturu u obliku diska, već služi samo kao veza do sljedećeg diska (izgrađenog od gore pomenutih histona) i ponovo se obavija oko sledećeg diska.

• DNK obavijen oko histona- Nukleozom

• Histoni su bazični proteini.

• Elektropozitivni su i vezuju se uz elektronegativnu molekulu DNA.

• Histoni su u hromatinu u istoj količini kao i DNA.

• Oni djeluju nespecifično, tj.oni inhibitorski djeluju na sintezu RNA koja se odvija na kalupu DNA.

Nukleozom

• Struktura DNK molekula obavijenog oko diska se naziva nukleozom.

• Gledano kroz mikroskop sveukupna ovakva struktura izgleda kao perlana ogrlica.

• Ovim neprekidnim uvijanjem i savijanjem DNK molekula omogućava ćeliji da stavi DNK molekul u svoj veoma mali prostor.

• Jednolančana DNK, ssDNK (eng. single stranded DNA) • U nekim se virusima DNK javlja u nezavojitom

jednolančanom obliku. Zbog mnogih mehanizama popravka DNK u stanici koji djeluju samo na uparenim bazama, u virusa koji nose jednolančanu DNK, genomi mutiraju učestalije.

• Takve se vrste mnogo brže prilagođaaju i odupiru izumiranju.

• Molekule DNK se kod različitih biljaka i životinja razlikuju po veličini.

• Najmanji broj nukleotida ima DNK virusa (samo nekoliko tisuća),

• molekula DNK bakterije sadrži nekoliko milijuna nukleotida, dok kod čovjeka taj broj prelazi nekoliko milijardi nukleotida

• PODJELA DNACjelokupna DNA ćelije nalazi se u hromosomima, nosiocima nasljednostii u

njima je pravilno raspoređena. Ukupna količina hromosomske DNA je postojana. U ogledu stabilnosti DNA razlikuju se 2 funkcionalno različite vrste DNA:

1. metabolička.2. genetička• GENETIČKA DNA je u ćeliji količinski veoma postojana. Ona se uglavnom nalazi i

euhromatinskim regionima hromosoma. • Hromatin u interfaznom jedru ima 2 dijela: hromatin i ahromatin. Hromatin je

nukleoprotein (grč. Hromos=boja). Boji se bazičnim bojama. Ahromatinski čini ahromatični matriks, jedrov sok ili kariolimfu.

• Hromatin se u jedru javlja u obliku euhromatina i heterohromatina. Heterohromatin je dio koji se za vrijeme interfaze ne despiralizuje, već ostaje kondenzovan , intenzivno se boji.

• Euhromatin je drugi dio hromatina koji se takođe ugrađuje u tijelo hromosoma, boji se samo difuzno i transportan je. Ovi dijelovi (regioni) hromosoma počinju da se despiralizuju još za vrijeme telofaze i sastavljeni su od euhromatina koji sadrži više RNA nego heterohromatin.

METABOLIČKA DNA Ili satelitna DNA je količinski nepostojana. Nalazi se u heterohromatinskom regionu hromosoma i genetički je neaktvna. Ovi regioni hromosoma su siromašni aktivnim genima. No heterohromatin se ne može ignorisati kao genetički materijal. To potvrđuje primjer sa Y hromosomom koji je najhromatičniji hromosom u

čovjekovom kariotipu. Dokazano je da ovaj Y hromosom je zaista siromašan u pogledu aktivnih gena ali nije genski prazan. U njegovom karćem kraku nalazi se faktor koji kontroliše muški spol.

• PODJELA DNK PREMA RASPOREDU SEKVENCI• Dakle,specificnost molekule DNK zavisi od redoslijeda nukleotida u njoj i od

tog redoslijeda nukleotida(gena)redolsijed amino-kiselina u molekuli bjelancevina,ciju sintezu diktiraju malekule DNK.

• Covjekov GENOM ima 4x104 ili 40 000(50000) gena ili oko 3% stvarne kolicine DNK u genomu.

• Ova cifra je pretpostavlja se tacna bas kad su u pitanju strukturni geni(oni koji su odgovorni za sintezu preteina).

• Intenzivna istrazivanja genoma Eukariota pokazala su da u principu DNK mozemo podijeliti pema rasporedu sekvenci nukleotida u 3 velike klase:

1. Neponovljivi dijelovi DNA - kod kojih postoji samo jedna kopija svake sekvence nukleotida u haploidnom broju hromosoma. Ovi geni predstavljaju gene odgovorne za determinaciju polipeptida, strukturni geni. Dakle, glavnina genoma je građena od jedinstenog (neponovljivog) slijeda singl-sekvence DNA, ispresijecana slijedovima intermedijarne DNA i slijedovima satelitne DNA.

• Jedinstvne sekvence ponavljaju se više puta samo u jednoj kopiji u haploidnom genomu. Neponovljivi, jedinstveni redoslijedi DNA u sebi sadrže po jedan primjerak svih različitih strukturnih gena i tako sadrže vjerovatno najveći dio genske upute sa sintezu proteina.

2. Intermedijarna DNA zauzima ¼ genoma. Ovi dijelovi sadrže sekvence koje imaju značajne funkcije u organizmu. Prepostavlja se da ovi dijelovi DNA, ovi geni determinišu različite klase RNA-rRNA, tRNA i histone, kao i aktin i imunoglubuline. Predpostavlja se da ova frakcija DNA uključuje u sebe regulacijske gene. Ova frakcija- srednje ponovljivi slijedovi, sa nepoznatom funkcijom ponovljeni do 100-100.000x, razbacani po cijelom genomu.

3. Visoko repetitorne sekvence DNA (satelitna DNA) javljaju se u vrlo velikom broju kopija u genomu, dakle ponavljaju se po stotinu čak i milion puta.

• Čini oko 5 % ukupne DNA. Nalazi se u hromosomu u oblasti centromere i telomere. U mnogim slučajevima raspored baza u takvoj DNA razlikuje se od rasporeda baza ostale DNA. To omogućuje da se ove sekvence vrlo jednostavno razdvoje centrifugiranjem. Na taj način razdvojena DNA se zove satelitna DNA. U oviru iste vrste organizma može da postoji više tipova ove DNA: – Kod prve se ponavlja sekvenca 5'ACAAACT3'– 5'ATAAACT3'– 5'ACAAATT3'

• Visoko repetitivne sekvence DNA se baziraju na vrlo kratkim nezanimljivim i informacijski gotovo nepotrebnim redoslijedima. Ova DNA u sebi ne sadrži nikakve upute i zna se da se ne prepisuje u RNA. Važna je za sparivanje hromosoma u diobi i fuziji gameta.

REPLIKACIJA DNKAUTOREPRODUKCIJADUPLIKACIJAUMNOŽAVANJE

• Replikacija (replika=kopija) predstavlja proces dupliranje molekula DNK pri kome od jednog nastaju dva potpuno identična molekula DNK.

• Replikacija DNK molekula je veoma složen proces i veoma važan proces.

• Cio život, kakav ga mi znamo, zasniva se na ovom procesu.

• Zbog važnosti ovog procesa, puno vremena, novca i truda je uloženo na razumijevanje i otkrivanje načina na kojima se zasniva replikacija DNK.

• Osobine i značaj replikacije• Replikacija DNK odvija se prije svake ćelijske deobe i

omogućava kasniju podjelu svakog hromozoma na dvije hromatide.

• Započinje odmotavanjem lanaca DNK i njihovim razdvajanjem. Za oslobođene baze u svakom od lanaca vežu se komplementarne baze koje međusobno poveže DNK polimeraza. Tako na svakom lancu nastane jedan novi lanac i cela se DNK udvostruči.

• Prije nego što se ćelija podijeli, neophodno je da se hromozomi tj. DNK udvostruči (duplira, kopira) kako bi kćerke ćelije sadržale istu količinu DNK, odnosno sve kopije gena kao i roditeljska ćelija.

• U S-fazi interfaze se vrši dupliranje molekula DNK, tako da ćelija u G2 fazi ima duplo veću količinu DNK nego u G1 fazi .

SemikonzervativnostUdvajanju molekula DNK prethodi rasplitanje dvostruke spirale i odvajanje roditeljskih lanaca. Roditeljski lanci služe kao kalup (matrica) za sintezu novog komplementarnog lanca DNK.

Svaki novonastali molekul DNK sadrži po jedan stari i jedan novi lanac DNK, pa se zbog kaže da je replikacija semikonzervativan proces (lat. semi= polu; konservativan =očuvan).Dokaz da je replikacija semikonzervativan proces dobijen je iz eksperimenata sa bakterijom ešerihijom (Escherichia coli). Bakterije su gajene na medijumu koji je sadržao teški azot (N15) i utvrđeno je da se on ugradio u njihove ćelije i DNK. Zatim su ove bakterije prebačene na medijum koji je sadržao laki azot N14 i u njemu je obavljena samo jedna deoba bakterija. Na osnovu analize sastava DNK utvrđeno je da ona sadrži N15 i N14 u jednakim količinama Semikonzervativnost

replikacije

Bidirekcionost• Replikacija se i kod prokariota i kod eukariota vrši bidirekciono, što

znači da se od mesta gde počinje vrši istovremeno u oba smjera i to isključivo u 5'-> 3' smjeru.

• Pri tom, replikacija koplementarnog lanca se ja jedne strane replikacione viljuške vrši kontinuirano dok se sa druge strane sintetišu tzv. Okazaki fragmenti koji se pod dejstvom ligaza spajaju u lanac.

• Kod prokariota Okazaki fragmenti su dužine 1000-2000 nukleotida, dok su kod eukariota nešto preko 10 puta manji.

• Kod prokariota, čija je DNK prstenasta (kružna) replikacija počinje na samo jednom mestu i odvija se bidirekciono.

• Kada se lanci DNK razmotaju obrazuje se replikaciona viljuška (ima oblik slova Y).

• Kod prokariota u svakom trenutku replikacije postoje dvije replikacione viljuške: jedna se kreće u smjeru kazaljke na satu, a druga u suprotnom smjeru.

• Replikacija DNK u eukariotama, čija je DNK linearna, započinje istovremeno na mnogo mesta duž hromozoma i teče istovremeno.

• Na taj način replikacija ukupne hromozomske DNK se u eukariotskim ćelijama završava za nekoliko sati, iako je brzina ugrađivanja nukleotida znatno sporija nego kod prokariota.

Enzimi replikacije

Iako je princip replikacije veoma jednostavan, u ćeliji je to složen proces u kome učestvuje 20-ak enzima i drugih proteina, od kojih su najvažniji:

1. helikaze, 2. nukleaze, 3. DNK-polimeraze, 4. ligaze i 5. primaza.

• Helikaze su enzimi koji „hodaju“ po DNK raskidajući vodonične veze između lanaca DNK u 5’->3'’ pravcu.

• Nukleaze su enzimi koji raskidaju fosfodiestarske veze, pri čemu se razlikuju one koje deluju na krajevima lanaca (egzonukleaze) i one koje deluju na veze unutar lanca (endonukleaze).

• DNK- polimeraze su enzimi koji imaju ključnu ulogu u replikaciji. One u 5’-> 3’ pravcu povezuju nukleotide novog lanca fosfodiestarskim vezama, pošto su se oni postavili komplementarno (A-T, C-G) nukleotidima starog (roditeljskog) lanca.

• DNK polimeraza (kod prokariota je DNK polimeraza III, a kod eukariota je DNK polimeraza delta) ima još jednu ulogu: u suprotnom pravcu, 3’-> 5’, ona raskida fosfodiestarske veze između pogrešno vezanih nukleotida novog lanca. Ukoliko DNK polimeraza naiđe na pogrešno sparen nukleotid, ona upotrebi svoju egzonukleaznu aktivnost u smeru 3’-> 5’ i raskine vezu tog nukleotida sa lancem. Ta njena egzonukleazna aktivnost omogućava ispravljanje grešaka, koje tokom replikacije nastanu što doprinosi tome da je replikacija izuzetno tačan proces.

• Ligaze deluju suprotno nukleazama – one delove novog lanca povezuju u celinu obrazujući između tih delova fosfodiestarske veze.

• Primaza međusobno povezuje nukleotide RNK u kratke lance da bi time omogućila dejstvo DNK polimeraze.

Dvolančana zavojnica DNK je vrlo stabilna struktura, tako da su ćeliji neophodni mehanizmi koji će omogućiti razdvajanje lanaca i formiranje replikativne viljuške. U ovim mehanizmima učestvuju helikaze i još neki proteini.

Eukariotska replikacija DNK molekula

• Replikacija DNK molekula počinje na mestu koji se zove oriC lokus. Protein DNK-A se vezuje za oriC lokus i pritom se vrši hidroliza ATP-a (adenozin-tri-fosfat).

• Ovo prvo nadovezivanje dovodi do početnog odvijanja DNK molekula iz spirale u dva linearna lanca povezana vodoničnim vezama.

• Da bi replikacija bila uspješna DNK mora da postane linearan, a ne spiralno uvijen, dakle mora da izgleda kao merdevine.

• Enzimi koji odvijaju DNK molekul u oblik merdevine se zovu helikaze.

• Enzimi odvijaju DNK molekul veoma vrzo, čak 75 do 100 revolucija u sekundi.

• Ovakvo veoma brzo odvijanje molekula DNK može da dovede do stvaranja tenzija polinukleotidnih lanaca.

• Ova pojava tenzija se može vidjeti kada se uviju pertle i kada pokušamo brzo da ih razdvojimo, pertle se uviju u čvoriće usled tenzije.

• Da bi se ovo izbjeglo, jer bi ovakvo stvaranje čvorova moglo oštetiti DNK molekul, postoje enzimi koji se zovu DNK topoizomeraze, i koji popuštaju vodonične veze kako bi se tenzija i stvaranje čvorića izbjeglo.

• U isto vrijeme dok se DNK molekul razdvaja u oblik merdevina, struktura koja se naziva replikaciona viljuška ide odmah iza topoizomeraza i razdvaja vodonične veze između parova (A-T i G-C).

• Da bi ovi polinukleotidni lanci ostali razdvojeni razdvajajući proteini se vezuju na

obe strane svakog lanca i na taj način održavaju lance odvojene.

• Replikacija DNK molekula može da se uporedi sa rajfelšusom.

• Kada želimo da otvorimo rajfelšus, vučemo mehanizam na dole, i na taj način dobijamo dvije strane rajfelšusa za razdvojenim zupčanicima.

• Na isti način se DNK razdvaja, gde mehanizam na rajfelšusu predstavlja replikacionu viljušku.

• Nakon razdvajanja postoje dva polinukleotidna lanca,

• jedan ide u pravcu 3'→ 5' • dok drugi ide u pravcu 5'→ 3'

(antiparalelnost). • Veoma važan enzim koji sintetiše nove

polinukleotidne lance DNK Polimezara δ, može da sintetiše novi lanac samo u pravcu 5'→ 3' čitajući u pravcu 3'→ 5'.

• To nije problem za vodeći lanac koji se sintetiše u pravcu kretanja replikacione viljuške.

• Sintezu oba lanca obavlja DNK polimeraza tek pošto se veže za roditeljski lanac koji služi kao matrica.

• Ovaj enzim ne može da se veže za ogoljeni lanac-matricu već zahtijeva postojanje začetnika (prajmera).

• Začetnik je kratki lanac RNK (na slici je predstavnjen zelenom bojom)i njegovu sintezu katalizuje enzim primaza. Kada se kratki lanac RNK komplementarno spari (hibridizuje) sa početkom lanca matrice to omogućuje vezivanje DNK polimeraze i počinje sinteza novog lanca. Za sintezu lanca koji zaostaje potrebno je da se sintetiše veći broj začetnika. Okazakijeve fragmente, po završetku sinteze,međusobno povezuje enzim ligaza.

• Lanac koji se sintetiše pravcu suprotnom od pravca kretanja replikacione viljuške 3' → 5' nije u mogućnosti da bude kompletno sintetisan, on se sintetiše u fragmentima koji se nazivaju Okazakijevi Fragmenti (nazvanim po naučniku Reiji Okazaki koji je prvi ukazao na njihovo postojanje) i pojavljuju se samo na lancu koji ide u ovom pravcu.

• Da bi novi DNK molekul bio kompletan i bez prekida, enzim Ligaza ima ulogu lepka i vezuje fragmente jedan za drugi, i tako dobijemo od jednog DNK molekula, dva novonastala DNK molekula.

• DNK Polimeraza β ima važnu ulogu u proveri novih DNK molekula, tako što ide duž celih novonastalih lanaca i čita, i time proverava da su sve baze povezane kako treba da budu (A-T i G-C).

• DNK replikacija se zaustavlja kada replikaciona viljuška naiđe na sekvencu na DNK molekulu koji kodira za stopiranje DNK replikacije.

• Proces DNK replikacije je veoma komplikovan, i jedan od razloga za ovu kompleksnost je taj da novonastali DNK molekuli moraju da budu tačni.

• Greške u sintezi DNK molekula mogu da dovode do raznih bolesti i često su fatalne.

• Ovaj proces zvuči veoma nevjerovatan kada se uzme u obzir da se novih 850 baznih parova kod prokariota sintetiše u roku od jedne sekunde, dok kod eukariota ova brzina je nešto niža usljed velike količine informacije 150 baznih parova u jednoj sekundi.

•

• Sažetak• Endonukleaza zasijeca samo jedan lanac DNK čime počinje njeno rasplitanje.• Helikaze raskidaju vodonične veze između lanaca čime se lanci razdvajaju i

obrazuju se replikativne viljuške. • Pošto se replikacija odvija bidirekciono, na svakom mjestu gde ona počinje obrazuju

se dvije replikativne viljuške koje se kreću u suprotnim smjerovima. Pratićemo sada šta se dešava u jednoj replikativnoj viljušci.

• Svaka replikaciona viljuška je asimetrična jer su lanci antiparalelni, a istovremeno se naspram oba sintetišu novi lanci u 5’-3’ pravcu.

• Lanac DNK koji se sintetiše u pravcu kretanja replikativne viljuške naziva se vodeći lanac, a onaj koji se sintetiše u suprotnom smjeru je lanac koji zaostaje.

• Vodeći lanac se sintetiše kao cjelovit dok se ovaj drugi sintetiše u vidu delova koji se nazivaju Okazakijevi fragmenti.

• Sintezu oba lanca obavlja DNK polimeraza tek pošto se veže za roditeljski lanac koji služi kao matrica.

• Ovaj enzim ne može da se veže za ogoljeni lanac-matricu već zahtijeva postojanje začetnika (prajmera; engl. primer).

• Začetnik je kratki lanac RNK i njegovu sintezu katalizuje enzim primaza.• Kada se kratki lanac RNK komplementarno spari (hibridizuje) sa početkom

lanca matrice to omogućuje vezivanje DNK polimeraze i počinje sinteza novog lanca.

• Za sintezu lanca koji zaostaje potrebno je da se sintetiše veći broj začetnika. Okazakijeve fragmente, po završetku sinteze, međusobno povezuje enzim ligaza.

RNK• RNA je univerzalan sastojak svih ćelija.• Naročito je rasprostranjena u citoplazmi,

ribosomima i nukleolusu. Nalazi se i u jedru udružena sa hromosomima.

• Količina RNA je za 5x veća u tumoroznim ćelijama, leukemičnim ćelijama nego normalnim.

• RNA se nalazi mnogo više i u metabolički aktivnim ćelijama u kojima su procesi sinteze aktivniji.

• Molekularna struktura RNA je u većini organizama jednovrpčasta izuzev reovirusa (respiratorni enterični virus životinja) i nekih drugih virusa, RNA ima dvovrpčastu organizaciju.

• Za obrazovanje parova uracil je u suštini ekvivalentan timinu u sposobnostima obrazovanja H-veza, baze RNA imaju istu potencijalnost za obrazovanje parova baza slično dvojnom heliksu, pri čemu je A-T zamijenjen sa A-U.

• Ali količina A nije jednaka količini U,niti je količina C jednaka količini G. Ni odnos purinskih i pirimidinskih baza nije kao kod DNA.

• Metodom difrakcije x zraka pokazalo se da u molekuli RNA se nalaze izvjesni regioni helikoidne dvovrpčaste strukture.

• Ti helikoidni regioni su stabilizovani istom vrstom H-veza između parova A-U, C-G, ali ti regioni ne nastaju kombinacijom 2 posebne vrpce, nego lokalnim posuvraćenjem jedne iste vrpce i njenim uvijanjem oko same sebe. Približno oko 50-80 % sačinjavaju takvi regioni u molekuli RNA.

• Najviše je ispitana iRNA (mesenger RNA). Sva 3 tipa su primarni produkt DNA , odnosno gena. Mogu se izolaovati kao i DNA centrifugiranjem homogenizovanih ćelija zajedno sa CsCl.

• iRNA služi za prenos genetičke informacije.• DNA-iRNA-proteini=centralna dogma molekularne

biologije.

VRSTE RNA• Ribonukleinska kiselina sadrži uracil

(pirimidinsku) bazu umjesto timina, a ribozu umjesto dezoksiriboze.

• Jednostruki je lanac nukleotida. U molekuli ima 20-6.000 nukleotida. Sintetizira se na kalupu DNA, u određenom kratkom intervalu.

• Nema autoreprodukcije. • Nuklearna RNA je sastavni dio hromatina, a

predstavlja i preteču citoplazmatskih RNA.• Hromosomska RNA ostaje stalno u hromatinu.

• Uracil (U) baza koja se nalazi u RNK molekulu i koja zamjenjuje timin, pripada pirimidinskoj grupi.

• Jedina razlika između timina i uracila je nedostatak jedne metil grupe kod uracila. Uracil je standardna baza RNK molekula, i ne postoji kao takva u DNK molekulu.

• Jedini, trenutno poznati, izuzetak je bakterijski virus PBS1 koji u svom DNK molekulu ima uracil kao sastavnu bazu

tri glavna tipa obzirom na funkciju RNK u stanici:(1) ribosomske RNK koje izgrađuju ribosome u citoplazmi;(2) glasničke ("messengers"), dugačke, nitaste,

mjestimično poput čvorova savijene molekule velike molekularne mase, sastavljene od dugih nizova ribonukleotida; služe kao prijenos biološke uloge DNK iz jezgre u citoplazmu;

(3) transportne ("transfer") RNK relativno malih molekula sastavljenih od svega 75-90 nukleotida, molekularne mase oko 30 000.; prenose aminokiseline na ribosome, gdje se obavlja sinteza bjelančevina, koji su strukturne bjelančevine, enzimi ili hormoni odgovorni za osnovnu strukturu i funkciju živih organizama. 

1.Informaciona RNA

Direktni je produkt DNA, tj. proizvod je prepisivanja genske upute s DNA.

• Eukariotska iRNA nosi u sebi uputu samo jednog gena, uputu za sintezu jednog proteina.

• Prokariotska iRNA (bakt.) u sebi nosi uputu sa više gena, uputu za sintezu više proteina.

• Većina iRNA u eukariotskim ćelijama se sintetizira u vidu prekursora iRNA (pre iRNA).

• Prekursor ne učestvuje neposredno u prevođenju upute u ribosomu kod eukariota dok kod prokariota da.

• Prekursor iRNA se u procesu dalje sinteze iRNA postsintetički obradi pri čemu dolazi do rezanja i odbacivanja neinformacijskih dijelova iRNA na položaju 5' (početak) čime se skraćuje iRNA.

• Na drugom kraju 3'-OH kraju pre-iRNA dešava se obrnuta pojava- presintetčko dodavanje polinukleotida. Ovu reakciju dodavanja katalizuje encim poli(A)polimeraza.

• iRNA čini vezu između DNA i proteina. • Ona varira po nukleotidnom sastavu , što

zavisi od organizma i stupnja njegovog razvitka.

• Na najvećem dijelu i duž lanca DNA sintetizira se iRNA, čija je osnovna funkcija u preslikavanju nukleotidne strukture gena, i u određivanju redoslijeda različitih aminokiselina (u ribosomima) pri formiranju molekula specifičnih proteina.

• Molekule iRNA imaju različitu veličinu, što zavisi od veličine gena sa kog su «prepisane». (od 300-26.000 nukleotida u molekuli).

• iRNA ima relativno kratko vrijeme postojanja, a brzo se vezuje za ribosome. Npr. E.coli (sintetiše se nekoliko molekula iRNA sa oko 15.000 nuleotida u sekundi).

• U citoplazmi sinteza jednog manjeg polipeptida na osnovi molekule iRNA izvrši za 10sec.

• Kod viših organizama kompleks molekula iRNA sa ribosomima i tRNA u citoplazmi može da bude aktivan i po nekoliko dana.

• Skoro svi molekuli iRNA imaju najmanje 300 nukleotida. ( mali broj polipeptida ima manje od 100 a.kiselina, a 3 nukleotida čine jedan kodon).

• Neki molekuli iRNA kodiraju više od jednog polipeptidnog lanca, pa imaju i više nukleotida.

• Zato su molekule iRNA različitih dužina. Npr. postoji molekul iRNA koji kodira 10 specifičnih encima potrebnih za sintezu a.kis. histidina.

• Ovaj molekul sadrži oko 12.000 nukleotida , što znači po 1200 nukleotida za kodiranje svakog encima.

2. TRANSPORTNA (TOPLJIVA) RNA

• Sadrži svega 70-90 nukeotida. To su kratki lanci mol.težine 25.000. topljivi su za razliku od velikih rRNA . pored A; T; C; G sadrže i neke neobične baze , tj one baze koje sadrže 1 ili više CH3 grupa i koje ne mogu da prave uobičajene parove.

• Najčesće su zastupljene pseudouridin, dihidrouridin,ribotimidin, metil-gvanozin...

• tRNA se odlikuje velikom varijabilnošću, specifičnošću, jer za svaku a.kis. postoji najmanje po 1tRNA. Prepostavlja se da svaka ćelija sadrži oko 60 vrsta tRNA. Znamo da ima 20 a.kis. pa prema tome među 60 tRNA, očito da ima nekoliko vrsta tRNA različitih koje će prenositi istu aminokiselinu.

• Struktura tRNA povezana je s njenom funkcijom , koja se satoji u vezivanju slobodnih a.kis. u spoljnim dijelovima citoplazme i njihovom prenošenju do ribosoma mjesta sinteze proteina.

• SEKUNDARNA STRUKTURA tRNA:tRNA u prostoru ima formaciju lista djeteline (zvijezde), u kojoj su na sekundarno nastalim kracima komplementarne baze povezane H-vezama, tako da grade helikoidnu strukturu. Baze na krajevima krakova su bez H-veza. Na tako gradjenoj tRNKrazlikujemo nekoliko vaznih regiona.

• Pocev od 5 terminalnog nukleotida (početak) koji se nalazi u dijelu dvostrukog lanca,nailazimo na petlju koja se zbog cestih dihidrouridnina (D) zove dihidrouridniska petlja.

• Lanac kovalentno vezanih nukleotida nastavlja se dalje u antidonsku petlju u kojoj se nalazi antidon,prenosilac specificnosti svake pojedine vrste tRNK.

• Dalje se nastavlja mala (varijabilna) pomocna petlja.• Treca je velika ty-pseudouridin timinska petlja.• Preostali nukleotidi do kraja lanca najvecim su dijelom H-

mostovima vezani u dvostruki lanac,dok na samom 3-OH kraju prestaje jednoclani rep sa slijedom –CCA. (anitikodon) koji je prisutan u svim tipovima tRNK.

• Ova struktura doživljava promjenu svoje konfiguracije preklapanjem jednolancane dihidrouridnske petlje na jednoclanu TY-petlju.

• Tako se dobija t-konfiguracija ,koja je ucvrscena tzv.,H-mostovima izmedju baza u sastavu obje jednoclane petlje. Struktura mnogih tRNK omogućava niz funkcija u prevođenju genske upute.

• Na ovako građenoj tRNA razlikuje se nekoliko specifičnih mjesta sa specifičnom funkcijom u procesu sinteze proteina. To su:

1. f triplet nukleotida –CCA-. Mjesto za koje se vezuje a.kiselina je kod svih tRNA triplet nukleotida CCA. A.kiseline pričvršćene estarskom vezom preko 3'OH grupe riboze termalnog adenozina. Ovaj proces vezan je prethodno aktiviranje a.kiseline pomoću spajanja sa ATPom pomoću emcima amino-acil-tRNA sintetaze.Ovo mjesto još i zove amono-acil mjesto.

2. Antikodon je specifičan triplet nukleotida koji «prepoznaje» odgovarajući triplet nukleotida na iRNA, tj. kodon. Ovaj se priljubljuje uz manju subjedinicu ribosoma i tu uspostavlja prolazne H mostove sa iRNA. (prepoznaje kodon na iRNA):

3. Mjesto za interakciju s ribosomima. TRNA donosi novu a.kiselinu u takav položaj na ribosome, tako da encim peptidil-transferaza može katalizirati stvaranje peptidne veze između COOH grupe poslednje kiseline. Ovo mjesto se još zove i peptidilno mjesto.

.

Premještanjem sa amino-acilnog mjesta A na peptidilno mjesto P na većoj subjedinici ribosoma tRNA obavlja jednu funkciju vezivanja rastućeg lanca. U slijedećoj fazi se odvaja od peptidnog lanca i spremna je da ponovo primi na sebe novu a.kiselinu.

tRNA se stvara na specifičnim genima i njena građa je uslovljena rasporedom nukleotidnih baza na odgovarajućim segmentima DNA.

3. RIBOSOMSKA RNA (rRNA)• Sastoji se od više stotina nukleotida. • Sintetiše se na nukleolarnim hromosomima uz učešće

nukleolusa i samo u oblasti regiona organizatora nukleolusa (NOR).

• Nalazi se u citoplazmi – u njenim ribosomima koji su građeni od 60% proteina i 40% rRNA.

• U ćelijama organizma najzastupljenija je rRNA, oko 80% ukupne količine RNA.

• Ona ima složenu prostornu strukturu. Svi ovi molekuli su jednolančani i nemaju jednake

količine C i G, odnosno A i U. Ipak postoji dovoljan odnos baznih parova tako da su baze

na istom lancu rRNA spojene H-mostovima formirajući sekundarnu strukturu, sličnu kao kod tRNA.

Ovi jednolančani i spiralizirani molekuli daju rRNA nepravilan trodimenzionalni oblik.