Molekularna Flashcards
Gen
Deo molekula, tj. niz nukleotida koji nosi informaciju o sintezi jednog ili više polipeptidnih lanaca ili molekula RNK
Genom
Skup svih naslednih informacija sadržanih u hromozomima jedne ćelije
*obuhvata ne samo one nizove koji se prevode u strukturu proteina, odnosno čijim prepisivanjem nastaju iRNK, već i one nizove čijim prepisivanjem nastaju tRNK, rRNK, nizove nukleotida koji imaju regulatornu ulogu (npr. promotori, pojačivači itd.), nizove koji imaju funkciju organizacije hromatina, i druge nizove.
Veličina čovekovog genoma
3.2 milijarde baznih parova, što je 6.4 milijardi nukleotida u jednoj haploidnoj garnituri (odnosi se na DNK molekule smeštene samo u jedru)
Satelitska DNK
Kratki uzastopno ponovljeni nizovi (od nekoliko hiljada do nekoliko miliona puta). Kod čoveka, čine 10% genoma. Uglavnom su skoncentrisani oko centromera, a smatra se da imaju ulogu u:
- sparivanju homologih hromozoma
- održavanju strukture hromatina
- kao i procesu evolucije (u nastanu novih vrsta)
*ne prepisuju se
Intermedijarna DNK
Ima manji broj ponavaka od satelitske DNK, a više nego “jedinstvena” DNK, koju čine nizove sa jednom, dve ili najviše tri kopije.
- nizovi su duži nego kod satelitske DNK
- nizovi nisu isti već slični (za razliku od satelitske DNK)
- nizovi nisu grupisani na jednom hromozomu (za razliku od satelitske DNK)
- Familije gena
- Uzastopno ponovljeni geni
- Pokretni genetički elementi
Familije gena
Geni koji kodiraju iste ili slične proteine (slična primarna struktura). Nastali su duplikacijom predačkog gena i zato imaju slične primarne strukture.
*prepisuju se
Uzastopno ponovljeni geni
Nastaju kada su ćeliji potrebne veće količine proizvoda nekog gena
- Geni za rRNK - 350 kopija, grupisani na 5 hromozoma u tzv. sekundarnim suženjima ili organizatorima jedarca (13., 14., 15., 21., 22.)
- Geni za tRNK - 1310 kopija
Pokretni genetički elementi
Sekvence nukleotida koje menjaju mesto u genomu, tzv. skoči-geni. Prilikom prebacivanja, kopija ostaje na prvobutnom mestu. Čine 45% genoma čoveka (najzastupljeniji su u odnosu na ostale intermedijarne DNK)
*ne prepisuju se
Replikacija
Proces u kojem se udvaja količina genetičke informacije, tako da ćelija ulazi u deobu sa dvostruko većom količinom DNK, da bi posle deobe, svaka ćelija imala istu količinu DNK koju je imala i roditeljska ćelija
Zašto kažemo da je replikacija semikonzervativan proces? I zašto je važno da bude seminkonzervativan proces?
U toku replikacije, svaki polinukleotidni lanac DNK služi kao matrica za sintezu novog lanca, uz poštovanje komplementarnosti azotnih baza. Po završenoj replikaciji, dobijamo dva molekula DNK pri čemu svaka sadrži jedan stari lanac, i jedan novosintetisani. Na taj način se obezbeđuje da se genetička informacija prenosi u neizmenjenom obliku
Proces replikacije kod prokariota
DNK prokariota je kružna, zatvorena dvolančana zavojnica, i proces replikacije DNK počinje samo od jednog mesta - 1 oridžin. Od mesta početka, proces se odvija u oba smera, istom brzinom, i zato kažemo da je replikacija bidirekcioni proces. Replikacija se završava u terminalnom regionu, na suprotnoj strani od oridžina.
Proces replikacije kod eukariota
Kod eukariota, proces replikacije počinje na više mesta (oridžina) duž hromozoma istovremeno, pa ima i više terminusa (terminus je zajednički za dva replikativna početka). Od svakog oridžina, replikacije teče istovremeno u oba smera (po 2 replikatorne viljuške)
Proces počinje vezivanjem helikaze za oridžin replikacije. Helikaza razdvaja lance i vezuje za sebe primazu - prajmer.
Enzimi replikacije
- Žiraza
- Helikaza - kida vodonične veze 5’ –> 3’ (troši ATP)
- Primaza (RNK polimeraza) - prajmer, kratak niz RNK koji služi za početak replikacije jer ima slobodnu OH-grupu na 3’ kraju
- DNK poly III - katalizuje formiranje fosfodiestarskih veza novog lanca
- RNAzaH - iseca prajmere
- DNK poly I - popunjava deoksiribonukleotide
- Ligaza - spaja prekide
Zaostajući lanac
Pošto su lanci DNK antiparalelni, na matričnom lancu čiji je smer 3’ —> 5’ se sintetiše lanac u suprotnom smeru 5’ —> 3’, i nastaje kontinuirano (bez prekida) - vodeći lanac
Drugi matrični lanac je suprotnog smera (5’ —> 3’) i na njemu nije moguća kontinuirana sinteza novog lanca, već nastaje u kratkim fragmentima - Okazakijevi fragmenti - zaostajući lanac
Uloga proteina u replikaciji
- obezbeđuju da se replikacija odvija samo jedanput
- obezbeđuju da se proces odvija sa što manje grešaka
Transkripcija
Proces u kome nastaju svi molekuli RNK, na osnovu gena (DNK)
Enzimi transkripcije
Enzim koji je odgovoran za katalizovanje procesa transkripicije je RNK polimeraza - katalizuje uspostavljanje fosfodiestarskih veza između ribonukleotida.
Kod prokariota postoji samo jedna RNK polimeraza (sa 5 subjedinica)
Kod eukariota postoje tri RNK polimeraze:
- RNK polimeraza I - aktivna je u oblasti jedarceta i odgovorna za nastanak većine rRNK
- RNK polimeraza II - prepisuje gene koji određuju primarnu strukturu proteina, a proizvod njene aktivnosti su iRNK
- RNK polimeraza III - prepisuje gene za tRNK, kao i gen za jednu od rRNK
Inicijacija transkripcije
RNK polimeraza kod prokariota vezuje se sigma subjedinicom sa promotorom. Kada se završi inicijacija, sigma subjedinica se odvaja od enzima.
Kod eukariota, RNK polimeraza nije u stanju da započne proces transkripcije bez učešća tzv. faktora transkripcije - regulatornih proteina. Za promotor se, pored RNK polimeraze, vezuju i proteini koji omogućavaju vezivanje RNK polimeraze (transkripcioni kompleks) i određuju od kog nukleotida DNK će započeti transkripcija. U trenutku nastajanja transkripcionog kompleksa, dolazi do odvajanja lanaca DNK u dužini od 17 baznih parova (transkripcioni mehur). U transkripcionom mehuru prepisuje se samo jedan lanac DNK, onaj u smeru 3’ —> 5’, a lanac RNK nastaje u smeru 5’ —> 3’
Elongacija transkripcije
RNK polimeraza kreće se duž lanca DNK i dodaje po jeda novi ribonukleotid na lanac RNK. Transkripcioni mehur ostaje uvek u dužini od 17 baznih parova. RNK je vodoničnim vezama vezana za matrični lanac DNK (na 3’ kraju) i formira hibrid RNK-DNK u dužini od 12 baznih parova. 5’ kraj se postepeno oslobađa.
Terminacija transkripcije
U onom trenutku kada RNK koja nastane dostigne dužinu gena, RNK polimeraza i transkripcioni faktori nailaze na određeni niz nukleotida - terminacioni faktori. Tada se RNK odvaja od DNK i prekida se sinteza.
Obrada primarnog transkripta
Prvi događaj ka nastanku funkcionalne, zrele iRNK događa se još u toku transkripcije. Na 5’ kraj dodaje se 7-metil guanozin, i nastaje struktura poznata kao 5’ kapa. Ona je važna za stabilnost molekula, i služi kasnije kao mesto za vezivanje ribozoma.
Druga modifikacija jeste poliadenilacija, odnosno na 3’ kraj dodaje se niz od 100 do 200 adeninskih nukleotida, a struktura koja nastaje naziva se poly-A rep. Služi za stabilnost molekula, i za transport iRNK iz jedra u citoplazmu.
Obrada primarnog transkripta obuhvata i splajsing
Splajsing
*u splajsozomima
Primarni transkript sadrži kodirajuće delove (egzone) i nekodirajuće delove (introne). Neophodno je da se introni iseku, enzimima koji se nalaze u splajsozomima, a povezuju se egzoni. zrela iRNK je kraća od primarnog transkripta.
Alternativna obrada primarnog transkripta
U mnogim slučajevima, u splajsozomima se, pored introna, isecaju egzoni, pa se spajaju medjusobno nesusedni egzoni. Na ovaj način od jednog primarnog transkrpta može se dobiti više različitih iRNK, koje sintetišu više različitih proteina
Kodon
Niz od tri nukleotida (triplet) koji predstavlja šifru, odnosno kod za jednu AK
*komplementaran je kodu, niz od tri nukleotida u genu koji predstavlja šifru za AK
Antikodon
Triplet nukleotida u tRNK
*komplementaran kodonu
Start kodon
AUG - kodon za metionin
STOP kodoni
UAA, UGA, UAG
Uloga tRNK u translaciji
tRNK ima strukturu trolisne deteline (sekundarna struktura). Jedan kraj molekula naziva se akceptorski krak, prima novu AK, a drugi je antikodonski krak, ima triplet od tri nukleotida komplementarna AK koju nosi, i kodonu na iRNK.
Nastajanje veze između tRNK i odgovarajuće AK katalizuje
Enzimi aminoacetil-tRNK sintetaze.
*pošto postoji više različitih kodona, za jednu AK mora postojati više različitih tRNK - izoakceptorske tRNK (ista aminoacetil-tRNK sintetaza prepoznaje sve izoakceptorske tRNK)
Peptidna veza
Uspostavlja se između karboksilne grupe prethodne AK i amino grupe sledeće AK, uz nastanak H2O. Svaki polipeptidni lanac poseduje svoj N-kraj, na kome se nalazi slobodna amino-grupa, tj. koja nije ušla u sastav peptidne veze, i C-kraj na kome je karboksilna grupa koja nije deo peptidne veze. Sinteza polipeptidnog lanca vrši se tako što se AK veže svojom amino-grupom na slobodnu karboksilnu grupu. Polipeptidni lanac se sintetipe od N-kraja ka C-kraju
Mesta u ribozomima za vezivanje tRNK
- P-mesto - nosi rastući polipeptidni lanac (tzv. peptidil-tRNK)
- A-mesto - nosi aktiviranu AK koja se dodaje (tzv. aminoacil-tRNK)
*E-mesto - za izbacivanje tRNK koja je donela AK koja se ugradila u polipeptidni lanac
Inicijacija translacije
Kada se udruže svi činioci translacije - tRNK, mala i velika subjedinica ribozoma, iRNK - nastaje početni translacioni kompeks koji određuje okvir čitanja, odnosno od kog mesta treba da krene prevođenje - start kodon (AUG), kodon za metionin
Elongacija translacije
Prvi startni kodon, AUG, nalazi se u P-mestu. Za AUG kodon vezuje se komplementaran antikodon (UAC) molekula tRNK koja nosi AK metionin
A-mesto pokriva susedan kodon i prima tRNK čiji antikodon odgovara drugom kodonu.
Kada su P-mesto i A-mesto popunjeno, raskida se veza između metionina i tRNK u P-mestu, a umesto te veze, nastaje peptidna veza između metionina i AK u A-mestu. tRNK iz P-mesta se oslobađa.
Ribozom, u sledećem koraku, menja oblik, klizi duž iRNK u smeru 5’ —> 3’ za tri nukleotida (jedan kodon). Sada se u P-mestu nalazi rastući polipeptidni lanac, a A-mesto pokriva novi kodon, za koji može da se veže nova tRNK
Terminacija translacije
Kada se u A-mestu nađe neki od STOP kodona, za A-mesto se ne vezuje tRNK već tzv. oslobađajući protein. Tada se raskida veza između tRNK i rastućeg polipeptidnog lanca u P-mestu i on se oslobađa u citoplazmu
Enzimi translacije
- Peptidil-transferaza (ribozim - rRNK iz velike subjedinice)
- Translokaza - pomera ribozom za jedno kodonsko mesto (troši GTP)
Regulacije ekspresije gena pre transkripcije
Promene u strukturi hromatina, predstavlja preduslov za normalno odvijanje transkripcije. Da bi neki gen bio transkribovan neophodno je da u oblasti tog gena dođe do “otvaranje hromatina” kako bi RNK polimeraza i transkripcioni faktori mogli da priđu promotoru
*među enzimima koji dovode do strukturnih promena hromatina najznačajniji su oni koji katalizuju hemijske modifikacije histona - proteina koji su odgovorni za održavanje strukture hromatina
Regulacija ekspresije gena na nivou transkripcije
*najčešće najvažniji regulatorni korak
Ostvaruje se putem interakcija regulatornih proteina (transkripcionih faktora) sa regulatornim nizovima nukleotida molekula DNK.
Specifično vezivanje faktora za promotore omogućava aktivnost ili neaktivnost gena. Neki proteinski faktori blokiraju promotor - represor - pa transkripcioni faktori i RNK polimeraza ne mogu prići i gen je neaktivan.
Pored promotora, kod regulatornih nizova, bitna je uloga pojačivača (ubrzavaju transkripciju) i utišivača, odnosno negativnih pojačivača (usporavaju transkripciju).
Regulacija ekspresije gena na nivou translacije
Kod prokariota, regulacija na nivou translacije najčešće se ostvaruje vezivanjem proteinskog faktora za specifičan niz na iRNK (Šajn-Dalgarnov niz) što onemogućava njeno vezivanje za ribozom
Regulacija na nivou translacije kod eukariota najčešće se ostvaruje preko proteinskog faktors (eIF-2) koji omogućava vezivanje prve tRNK (Met-tRNK) za P-mesto. Kada je faktor fosforilisan, smanjuje se njegova aktivnost.
Regulacija ekspresije gena na nivou aktivacije proteina
*posttranslaciona regulacija
Najčešća modifikacija je ograničena proteoliza (uklanjanje dela polipeptidnog lanca) kojom se preteča proteina - proprotein pretvara u aktivan protein (tripsinogen —> tripsin)
Kovalentne modifikacije AK-ostataka u sastavu proteina:
1. Fosforilacija - najčešće predstavlja odgovor na signale iz spoljašnje sredine, i predstavlja prenošenje fosfatne grupe sa ATP-a na protein (serinske, treoninske i tirozinske ostatke u proteinu)
2. Glikozilacija - dodavanje oligosaharida
3. Acetilacija
*poliprotein - sadrži više proteina, specifične proteaze hidrolizuju ove polipeptide i oslobađaju aktivne proteine
Bakterijska DNK
Nasledne informacije kod bakterija sadržane su u nukleoidu, kružnom bakterijskom hromozomu koji se sastoji od kružnog molekula DNK za koji su vezani određeni proteini. Pored toga, bakterijska ćelija ima i manje genetičke elemente, među kojima su najznačajniji plazmidi. Na plazmidima se nalaze geni koji obezbeđuju otpornost na antibiotike ili geni koji omogućavaju bakterijama da koriste različite šećere kao izvor energije za dobijanje ATP-a.
Plazmidi mogu da se umnožavaju (replikacijom) i srodne bakterije mogu da ih razmenjuju.
Koje AK imaju samo jedan kodon
Metionin (AUG)
Triptofan (UGG)
Start kodon kod prokariota
Može povremeno da bude i GUG - kodon za valin
iRNK se čita u pravcu
5’ — 3’
