struktura_i_hem_osob_DNA (1).pdf

Adaleta Softić

Farmaceutski fakultet

Monomerna jedinica nukleinskih kiselina, nukleotid, sastoji se od hetero iklič e aze, petougljič og šećera i fosfata.

U ukleotidi a, dušik hetero iklič e aze je veza N-glikozidnom vezom za anomerni

ato ugljika šećera, ri oze ili dezoksiri oze.

Nukleotid je ukleozid koji veže fosfat i ostatak za ’-hidroksil u grupu šećera esterskom vezom.

Struktura nukleinskih kiselina

Purini

Pirimidini

Purin

Pirimidini

Uracil (RNA))

Nukleotidi

Deoksiri oza i ri oza su petougljič i šećeri u DNA, od os o RNA. Kada je šećer veza za azu, ato i kar o a šećera se u erišu od ’ do ’ da bi se razlikovali od baze.

U deoksiribozi X=H, u ribozi X=OH.

Nukleotidi

Nomenklatura nukleotida

Osim glavnih purinskih i pirimidinskih baza, u sastavu DNA i RNA mogu se

aći i etilira i o li i aza, a eke virus e DNA sadrže i hidroksi etilira e i glikozilirane baze.

Ovakve aze i aju ulogu regula ije i zaštite ge etske i for a ije. Prisut e su i u RNA, aročito u tRNA.

5-metil-

deoksicitidin

5-hidroksimetil-

deoksicitidin N6-metiladenozin N2 -metilgvanozin

5- etildeoksi itidi se alazi u DNA životi ja i viših iljaka, N6 –metiladenozin u DNA bakterija, 5-hidroksimetildeoksicitidin u bakterijama

i fi ira i određe i akteriofagi a.

Nukleotidi

Inozin

(baza hipoksantin) pseudouridin 7-metilgvanozin

tiouridin

Nukleotidi

Nukleotidi nukleinskih kiselina

povezani fosfodiesterskom vezom

koju obrazuje 5’-hidroksilna grupa

jed og ukleotida i ’-hidroksilna

grupa drugog nukleotida.

Kovale t a kič a uklei ske kiseli e se tako sastoji od fosfatnih i pentoznih

ostataka.

Kič e su visoko polar e i hidrofil e. Pri pH 7 fosfatne grupe su ionizirane i

negativno nabijene. Stupaju u

interakciju s pozitivnim nabojima

proteina , metalnim ionima i

poliaminima.

Fosfodiesterske veze

Sve fosfodiesterske veze imaju

jed aku orije ta iju kroz čitavu duži u la a, što daje svako li ear o la u polar ost i izraže e ’ i ’ krajeve.

Po defi i iji a ’ kraju edostaje ukleotid a ’ položaju, dok a ’

kraju edostaje ukleotid a ’ položaju. Po dogovoru, sekvenca nukleotida se

prikazuje u ’ → ’ s jeru, ’ s lijeva, a ’ s des a.

Sekvenca ATG z ači da eveza a ’-OH

grupa pripada adenilatu, dok

eveza a ’-OH grupa pripada

gvanilatu.



Kovale t a kič a uklei ske kiseli e podlož a je sporoj , ee zi skoj hidrolizi fosfodiesterske veze. In vitro, u alkalnim uslovima, dolazi do brze hidrolize RNA, dok je

DNA sta il a. )a to je odgovor a ’-OH skupi a ri oze koja je direkt o uključe a u proces hidrolize RNA. Prvi produkti hidrolize su ciklo- ’, ’-monofosfati, koji brzo

hidroliziraju i daju s jesu ’- i ’- nukleozid monofosfata.

Osobine nukleotidnih baza

Slobodni purini i pirimidini su slabo bazna jedinjenja i zato se nazivaju bazama.

Pošto su ko jugira e olekule, dolazi do rezo a ije eđu ato i a prste a što daje veći i veza djeli ič i karakter dvostruke veze. )ato su piri idi i potpuno planarni, a purini gotovo planarni.

U zavisnosti od pH javljaju se u tautomernim oblicima.


Posljedi a rezo a ije je apsorp ija svjetlosti u UV području oko .


Pri neutralnom pH, purinske i pirimidinske baze su hidrofobne.

U kiseloj i alkalnoj sredini dobivaju a oj i topivost se povećava.

Van der Waalsove i dipol-dipol i terak ije su važ e za sta ilizira je trodimenzionalne strukture nukleinskih kiselina.

James Watson i Francis Crick, koristili su rezultate

difrakcije X-zrakama, koje su dobili Maurice

Wilkins i Rosalind Franklin, i ugradili ih u model

strukture DNA.

9 . godi e o javili su kratki čla ak Nature koji opisuje strukturu DNA kao dvostruki heliks

koji se sastoji od dva polinukleotidna lanca koji su

eđuso o spare i preko hetero iklič ih aza (adenin sa timinom i guanin sa citozinom).

Struktura DNA

Struktura DNA

Erwin Chargaff

Struktura DNA – dvostruki heliks

Pošto svaki az i par sadrži puri veza za piri idi , la i su eđuso o a jed akoj udalje osti. Ukoliko se ovakva dva la a uvr u a početku i kraju, do ija se dvostruki heliks.

U dvostrukom heliksu DNA, bazni parovi koji povezuju dva lanca, su poredani

poput spiral ih stepe i a duž e tral e ose olekule.

Elektroni susjednih baznih parova stupaju u interakciju i dodatno stabiliziraju

heliks.

Fosfatne grupe se nalaze na vanjskoj strani heliksa. Svaka fosfatna grupa posjeduje

dva ato a kisika koji stvaraju fosfodiestersku vezu koja povezuje susjed e šećere.

Struktura DNA


Treća -OH grupa fosfat og ostatka je slo od a i diso ira pri fiziološko pH. Tako, svaki DNA heliks posjeduje egativ o aelektrisa je a svojoj površi i što olakšava veza je spe ifič ih protei a.

Heliks posjeduje razde različite veliči e, ale i velike razde. Baze koje se alaze u razda a su izlože e i ogu stupiti u i terak iju sa protei i a ili drugi molekulama.

Dijametar uzvojnice je 2 nm.

“usjed e aze alaze se a rastoja ju od , duž ose uzvoj i e i zarotira e su jedna u odnosu na drugu za 36°.

“truktura uzvoj i e se po avlja ako svakih deset ostataka u pojedi ač o la u. To z ači da je duži a jed og avoja uzvoj i e , .

B konformacija.


Struktura DNA

Koncept sparivanja baza

Svaka molekula DNA se sastoji od dva polinukleotidna lanca, koja su

poveza a vodikovi veza a iz eđu aza.

U svakom paru baza, purin jednog lanca formira vodikove veze sa

pirimidinom drugog lanca.

Adenin ostvaruje dvije vodikove veze sa timinom, a guanin ostvaruje tri

vodikove veze sa citozinom.

Kao posljedica baznog sparivanja, dva lanca DNA su komplementarna.

Struktura DNA

Koncept sparivanja baza


Dva lanca DNA su

antiparalelna.

U la u lijevo, ’ ugljikov ato svakog šećera je iz ad ’ ugljikovoga toma, pa je smjer

ovog la a ’→ ’.

)a la a des o, ’ ato ugljika svakog šećera je iz ad ’ ato a ugljika, te je smjer ovog lanca

’→ ’.

Struktura DNA- trodimenzionalne forme DNA

DNA je veo a fleksi il a olekula jer je oguća rota ija oko veza u šećer o-

fosfat oj kič i, te rota ija oko C- ’-N-glikozidne veze.

“terička ogra iče ja dozvoljavaju dvije sta il e ko for a ije puri a u od osu na dezoksiribozu, i one se nazivaju sin i anti.

Usljed steričkog ogra iče ja šećera i kar o il og oksige a a C-2, pirimidini

su ogra iče i sa o a a ti ko for a iju.

sin -adenozin anti- adenozin


Pro je e te perature ogu dovesti do savija ja, izduživa ja i toplje ja DNA, pri če u dolazi do odstupa ja od Watso -Crickovog modela svijanja.

Najsta il iji o lik DNA u fiziološki uslovi a je Watso -Crickova forma (B

forma, B-DNA).

A-DNA je desna dvostruka uzvojnica koja ima 11 baza po zavoju. Javlja se

prilikom kristalizacije i u bezvodnim otopinama.

Z-DNA radikalnije odstupa od B-DNA. Ona je lijeva dvostruka uzvojnica sa 12

parova aza po zavoju. Izgleda ta ja i izduže ija. Nje a uloga ije jas a ali se smatra da ima veze sa regulacijom ekspresije gena ili sa genskom

rekombinacijom.

Specifične strukture u sekvenci DNA

-Po avlja je od ili više adenozina -dolazi do blagog

savijanja uzvojnice. Smatra se da

je z ačaj o za veza je određe ih proteina

-Palindrom – dijelovi DNA sa

inverznim ponavljanjima baznih

sekvenci na suprotnim lancima

dvostruke uzvojnice. Ove

sekvence su komplementarne

same sa sobom unutar svakog

lanca pa mogu stvarati strukturu

ukosnice i krsta

-Inverzno ponavljanje baza na

jednom lancu naziva se ogledalo


-DNA tripleks astaje kada ukleotidi koji učestvuju u Watso -Crickovim baznim

parovi a for iraju dodat e vodikove veze, aročito sa fu k io al i grupa a s ješte i u velikoj razdi Hoogstee ovo spariva je -Tripleksi se for iraju od dugih sekve i koje sadrže sa o puri e ili sa o pirimidine.

-Kod polipuri skih ili polipiri idi skih sekve i koje sadrže strukture ogledala, ože se aći eo iča o lik DNA, H-DNA. To je tripleks sa jednim purinskim i dva

piri idi ska la a. Piri idi ski la i su sastavlje i iz dugih izova aiz je ič ih ostataka T i C.


-Mjesta a DNA gdje se vezuju spe ifič i protei i ajčešće su uređe a u vidu palindroma.

-Polipurinske i polipirimidinske sekvence potrebne za formiranje tripleksa DNA

alaze se u predjeli a važ i za regula iju ekspresije eukariotskih ge a.

Fizikalne i hemijske osobine DNA

Djelovanjem baza i toplote dolazi do razdvajanja lanaca DNA –

denaturacija. M oge teh ike proučava ja DNA olekule PCR, “outher blot analiza) koriste ovu osobinu.

Djelovanjem toplote dvostruki lanac DNA se prevodi u jednostruke lance.

Odvajanje lanaca se naziva topljenje i temperatura na kojoj se razdvaja

% DNA je oz ače a kao te peratura toplje ja, T .

Ukoliko temperatura postepeno opada, komplementarni lanci se ponovo

sparuju i nastaje dvostruki heliks. Ovaj proces se naziva hibridizacija ili

re atura ija. Hi ridiza ija se i te ziv o koristi u istraživa ji a i kli ički testiranjima.

Temperatura topljenja ovisi i o ionskoj jakosti otopine.


Toplje je DNA se ože izazvati i aza a i kiseli a a.

Pri pH a ji od i veći od dolazi do io iza ije aza.

Pri visokim ionskim

jakostima vodikove veze

su jače, pa je tm viša, a prelaz u denaturisani oblik

je oštar. Pri nižim ionskim jakostima tm je niža i prelaz je širi.

Neenzimske promjene u nukleinskim kiselinama

Izmjene u strukturi DNA, koje uzrokuju stalne promjene genetske informacije

koju DNA kodira, nazivaju se mutacije.

Spontani gubitak amino grupe


Spontani gubitak amino grupe


Spontana hidroliza N-β- glikozid e veze iz eđu aza i pe toza.

Ovo pro esu češće podliježu puri i pa se zato aziva depuri a ija.


Stvaranje

pirimidinskog dimera

– cikolbutanskog

timidinskog dimera i

6-4 fotoprodukta pod uticajem UV zračenja

UV zračenje najčešće uzrokuje

kondenzaciju između dva susjedna pirimidina nukleinske

kiseline.

Ionizirajuće zračenje (X- ili Y-zraci) može uzrokovati otvaranje prstenova i

fragmentaciju baza


U zraku i vodi nalaze se mnoge kancerogene tvari koje ostvaruju svoj

kancerogeni efekat kroz modifikaciju baza u DNA.

Ipak, integritet polimera DNA daleko je veći u odnosu na proteine i RNA usljed postojanja mehanizama za popravak DNA.

Reaktivne hemikalije koje mogu izazvati neenzimske promjene baza u

DNA su:

-Dezaminirajući agensi (HNO2) ili jedinjenja koja se mogu metaboličkim procesima prevesti u nitritnu kiselinu i nitrite

-Alkilirajući agensi (dimetilsulfat, dimetilnitrozamin, iperit)

DNA i RNA služe kao asljed i aterijal za prokariotske i eukariotske ćelije, viruse i plazmide.

“vaki od ovih orga iza a pohra juje asljed i aterijal u različito ara ž a u ili lokaciji.

U prokariota, DNA ije odvoje a od ostatka ćelijskog sadržaja. ) ije a je u strukturu koja se naziva nukleoid koji zauzi a veliki dio volu e a ćelije.

U eukariota, DNA je locirana u nukleusu i od ostatka ćelije je odvoje a e ra o . Eukariotska DNA je veza a za protei e, for irajući ko pleks azva hromatin.

Manje od 0.1% ukup e DNA ćelije je prisut o u itoho drija a. Ge etička i for a ija u itoho driju sadrža a je u oko 20,000 baznih parova DNA; informacija u humanom

haploid o ukleusu jaj a ili sper al a ćelija je sadrža a u oko ilijarde az ih parova.

“iste za si tezu DNA i protei a u itoho driju više liči a siste u akterija a koje nemaju membranama odvojene organele).

Veličina DNA molekule i oblici DNA

Virusi su ale i fektiv e česti e koji posjeduju ili DNA ili RNA ge o , protei e potre e za patoge ezu ili replika iju i protei ski o otač. O i e posjeduju kompletan sistem za replikaciju, transkripciju i translaciju, tako da moraju

zaposjedati druge ćelije i regrutovati jihovu DNA, RNA i protei e potre e za reprodukciju.

Virusi ogu i fi irati i prokariotske i eukariotske ćelije. Virusi koji i fi iraju bakterije nazivaju se bakteriofagi (fagi).

Plazmidi predstavljaju ale, irkular e DNA olekule koje ogu ući u akteriju i repli irati se auto o o, što z ači odvoje o od ge o a do aći a.

“uprot o virusi a, plaz idi isu i fektiv e česti e; kao i virusi pretvaraju ćelije do aći a u fa rike za produk iju plaz ida.

Ge etičari koriste plaz ide kao alat za u os stra ih ge a u akteriju jer se segmenti DNA mogu lako inkorporirati u plazmide.


Eukariotske ćelije sadrže DNA u itoho drija a i hloroplasti a.

U itoho drija a tipič ih so atskih ćelija alazi se a je od , % ukup e ćelijske DNA. Dok je u oplođe oj jaj oj ćeliji i jaj oj ćeliji koja se dijeli, ogo veći udio itoho drijske DNA.

Mitoho drijska DNA sadrži a je od . p . 9 p u čovjeka , dvostruka je uzvojnica i ima cirkularni oblik.

Kodira mitohondrijske tRNA, rRNA i nekoliko mitohondrijskih proteina.

95% proteina mitohondrija kodira DNA iz nukleusa.


Prokariotska ćelija sadrži jeda hro ozo koji či i kruž a dvola ča a DNA.

Ove cirkularne molekule DNA su velike.

Primjer: DNA bakterije Escherichia coli sadrži . az ih parova i duži e je oko .

Hro ozo akterija osi ajčešće po jed u kopiju gena. Izuzetak su geni za rRNA,

ponavljaju se po nekoliko puta

Ge i i regulator e sekve e či e gotovo cjelokupnu DNA u prokariota. Gen je

kolinearan sa aminokiselinskom sekvencom i

RNA sekvencom koju kodira.

Organizacija DNA u hromosomu

Bakterijska DNA zbijena je u strukturu koja se naziva nukleoid, koji zauzima

veliki dio ukup og volu e a ćelije. Bakterijska DNA je u jed oj ili ekoliko tačaka veza a za u utraš ju stra u plazma membrane.

U bakteriji E. coli, struktura slič a skela a orga izira irkular i hro ozo u seriju domena koji imaju izgled petlji.

Protei i slič i histo i a ogu se aći u veliki količi a a , a aj olje okarakterisa je protei HU. Ovi protei i se vežu i i diso iraju sa DNA u minutnim intervalima.


DNA eukariotske ćelije je oko . puta veća od DNA prokariota. Svaki hromozom u eukariota posjeduje jednu linearnu molekulu DNA.

DNA ajdužeg hro ozo a eukariotske ćelije duga je oko . Ukup a duži a olekula DNA aših hro ozo a iz osi lizu .

Orga iza ija DNA u eukariotskoj ćeliji veo a je slože a: -visokorepetitivne sekvence ili jednostavne sekvence DNA (satelitska

DNA): Oko 10% DNA sastoji se iz kratkih segmenata s manje od 10 baznih

parova koji se u ćeliji po avljaju ilio i a puta. Ne kodiraju protei e i RNA nego ulaze u sastav centromera i telomera.

-Umjereno repetitivna DNA: oko % DNA alazi se u seg e ti a duži e veće od ekoliko stoti a az ih parova koji se po avljaju aj a je puta. Jedan dio ove DNA je evolucioni otpad

- Jedinstvene sekvence DNA (glavnina gena): oko 70% sastoje se od

jedinstvenih segmenata i segmenata koji se ponavljaju nekoliko puta.

Organizacija DNA u eukariotskoj ćeliji

Najveći dio u jere o repetitiv ih sekve i či i -300 bp, koji se

po avljajuju i rasprše i su u ge o u viših eukariota. Kod čovjeka, jed a klasa ovih sekvenci je Alu familija (oko 3% ukupne DNA), koje prepoznaju

restrikcione endonukleaze Alu I.

Introni, ne kodiraju aminokiselinsku sekvencu proteina, ali prekidaju

kodirajuće sekve e, egzo e. Na taj ači prekidaju koli ear u vezu iz eđu ge a, i a i okiseli ske sekve e koju ge kodira.


) og svoje veliči e, DNA olekula se ora upakovati da i se s jestila u ćeliju.

Pakova je eukariotske DNA je ogo slože ije jer je DNA u eukariota pu o više i mora se smjestiti unutar jedra.

Eukariotska DNA se pakuje uz po oć alih azič ih protei a, histona. Histoni su

ogati pozitiv o aelektrisa i a i okiseli a a lizi i argi i što i olakšava stupanje u interakciju sa negativno naelektrisanom DNA.

Kompleks DNA i proteina naziva se hromatin.

Frag e t olekule DNA o otava se oko histo ske srži i či i nukleosom. “rž ukleoso a či e po dvije olekule četiri klase histo a (histoni H2A, H2B, H3 i

H4). Oko srži se o otava az ih parova dvola ča e DNA.

Pakovanje DNA u eukariota


Nukleosom predstavlja osnovnu strukturnu jedinicu hromatina koja se dalje

pakuje i pri to e se uspostavljaju viši ivoi u strukturi hro ati a. Na taj ači se olekula DNA ko de zira i ko ač o do ija di e zije koje joj o ogućuju s ješta je u ćelijsko jedro.

Polinukleosomi se sastoje od više ukleoso a poveza ih sa li ker DNA. Ovaj vezni segment DNA dug je od 20 do 90 baznih parova.

Veza je DNA za srž ukleoso a potpo aže i peti tip histo a, histon H1.

Dalje zbijanje hromatina odvija se nizanjem nukleosoma u tubularnu uzvojnicu,

30 nm vlakno.

Pored histona, u jedru se nalaze i drugi proteini koji stupaju u interakciju sa

molekulom DNA – nehistonski hromozomski proteini.

Ćelije različitih tkiva sadrže različite količi e i tipove ovih protei a, uključujući enzime koji djeluju na DNA i faktore koji reguliraju transkripciju.

Uvijanjem DNA oko

histona, DNA se

kondenzira za sedam

puta.

Nukleosomi-

struktura perlica


30 nm

vlakna

omogućuju 100-struko

zbijanje

DNA.

Spekulativni crtež pokazuje kodenzaciju polinukleosoma u 30 nm vlakna i dalje

pakiranje tih vlakana u uvijenu strukturu koja

sadrži petlje i rozete vezane za proteinske “skele” unutar hromozoma.

Viši nivoi svijanja nisu pojašnjeni, ali izgleda da neka područja DNA asociraju s proteinima koji služe kao skele.


Humani genom

Ge o , ili ukup i ge etički sadržaj hu a e haploid e ćelije (spermija ili

jajaš a s ješte je u hro ozo a.

Haploid a ćelija sadrži jed u kopiju svakog hro ozo a. Ko i ova je haploid og sper ija i haploid og jajaš a astaje diploid i zigot koji dio o itozo stvara ostale tjeles e ćelije koje su diploid e.

Diploid a ćelija posjeduje para autoso al ih hro ozo a; svaki čla para se sastoji od homolognih hromozoma koji nose gene koji kodiraju isto

svojstvo.

23. par hromozoma su polni hromozomi (XX, odnosno XY).

Humani genom

Gen, u genetičkom smislu, je osnovna jedinica naslijeđa. U strukturnom smislu, gen obuhvata sekvencu DNA koja kodira strukturne komponente genskog produkta (polipeptidni lanac ili molekula RNA) zajedno sa DNA sekvencom uz ’ kraj gena koja regulira njegovu ekspresiju. Genski lokus je specifična pozicija ili lokacija gena na hromozomu. Svaki gen na hromozomu diploidne ćelije ima svoju alternativnu verziju na istom genskom lokusu homolognog hromozoma. Ove alternativne verzije gena nazivaju se aleli. Tako posjedujemo dva alela svakog gena, jedan od majke a drugi od oca. Ukoliko su aleli identični u baznoj sekvenci, onda smo homozigoti za taj gen. Ukoliko se aleli razlikuju, onda smo heterozigoti za dati gen i mogu se stvarati dvije verzije proteinskog produkta koje se razlikuju u primarnoj strukturi.

Humani genom

Centralna dogma molekularne biologije

Sinteza DNA-replikacija

“i teza DNA je se iko zervativ a. “vaki od la a a DNA služi kao kalup za si tezu novog lanca i pri tome nastaju dvije nove molekule, svaka sa jednim novim i jednim

starim lancem.

Ovu hipotezu je potvrdio eksperiment Meselsona i Stahla 1957. godine.

Više ge era ija E. coli je uzgaja o u ediju koji sadrži 15N teški izotop azota u jesto normalnog 14N.


Sinteza DNA je semikonzervativna. Svaki od lanaca DNA služi kao kalup za sintezu novog lanca i pri tome nastaju dvije nove molekule, svaka sa jednim novim i jednim starim lancem. Replikacijske rašlje su mjesta gdje se odvija DNA, a razdvojeni lanci se brzo i koordinirano repliciraju.


Replikacija uvijek počinje na posebnim tačkama koje se nazivaju početak origin). Obično se odvija u dva smjera bidirekciona replikacija). Za cirkularnu DNA molekulu bakterije dvoje replikacijske rašlje susreću se na strani kruga koja je suprotna strani na kojoj se nalazi početak.


Smjer odvijanja sinteze DNA Novi lanac se uvijek sintetizira u 5’ → 3’ smjeru, gdje je ’ O( mjesto gdje se produžava DNA. Pošto su dva lanca antiparalelna, lanac koji služi kao kalup čita se od 3’ kraja prema 5’ kraju. Pošto se sinteza oba lanca odvija u 5’ → 3’ smjeru, jedan od novih DNA lanaca sintetizira se u kraćim segmenitima- Okazakijevi fragmenti. Dužina Okazakijevih fragmenata- nekoliko stotina do nekoliko hiljada nukleotida. Jedan lanac sintetizira se kontinuirano u smjeru kretanja replikacijskih rašlji a drugi diskontinuirano suprotno od smjera kretanja replikacijskih rašlji .


Djelovanje DNA polimeraza


Djelovanje DNA polimeraza Osnovna reakcija je nukleofilni napad ’-hidroksilne skupine nukleotida, koji se nalazi na ’ kraju rastućeg lanca, na ’-α-fosfat dolazećeg dezoksinukleozid 5’-trifosfata.

U ovoj reakciji otpušta se pirofosfat, koji djelovanjem enzima pirofosfataze, hidrolizira i oslobađa energiju koja dodatno stabilizira nastajanje proizvoda (produžavanje lanca).


Djelovanje DNA polimeraza Sve polimeraze za svoje djelovanje trebaju kalup – lanac DNA, a polimerizacija se odvija po principu sparivanja baza. Za polimerizaciju je potrebna klica (primer). To je segment lanca, komplementaran sa kalupom, koji ima slobodnu ’-hidroksilnu grupu na koju se dodaju nukleotidi. Sve DNA polimeraze mogu dodavati nukleotide samo na već postojeći lanac. Klice su oligonukleotidi RNA. Replikacija se odvija sa izuzetnom tačnošću tako da se u E. Coli napravi jedna greška na svakih 9 do 1010 dodatih nukleotida. Sve DNA polimeraze imaju mogućnost kontrolnog čitanja ’ → ’ egzonukleazna aktivnost koja omogućava da se ukloni tek dodati nukleotid i visoko je specifična za pogrešne bazne parove.


Djelovanje DNA polimeraza DNA polimeraza I - temeljito čišćenje tokom replikacije, rekombinacije i popravljanja DNA - ’ → ’ egzonukleazna aktivnost koja služi za uklanjanje klice i popravak molekule DNA DNA polimeraza II –sudjeluje u popravljanju DNA DNA polimeraza III – ključni replikacijski enzim DNA polimeraze IV i V – neobični način popravljanja DNA


Replikacija DNA zahtijeva sudjelovaje više od različitih enzima i proteinskih faktora. Cjelokupni kompleks naziva se DNA replikazni sistem ili replisom.

Protein Uloga Mr Broj

podjedinica

Molekula u

ćeliji Helikaza

(dnaB protein)

Odvija dvostruki

heliks

300.000

6

20

Primaza

(dnaG protein)

Sintetizira RNA

klicu

60.000

1

50

SSB

Stabilizira

jednolančane regije

75.600

4

300

DNA giraza

(DNA

topoizomeraza II)

Uvodi negativne

supernavoje

400.000

4

250

DNA polimeraza

III

Sintetizira DNA

791.500

17

20

DNA polimeraza I

Uklanja klicu i

popunjava praznine

103.000

1

300

DNA ligaza

Povezuje krajeve

DNA

74.000

1

300


Razdvojene lance stabiliziraju proteini za stabilizaciju jednolančane DNA SSB). Enzimi primaze sintetiziraju RNA klicu prije nego što DNA polimeraza otpočne sintezu DNA. Djelovanjem DNA polimeraze, sintetišu se novi lanci. Djelovanjem DNA polimeraze I uklanja se klica RNA, koja se popunjava sa DNA; u kičmi DNA ostaje rez u obliku prekinutog fosfodiesterskog veza. Enzimi ligaze zatvaraju rez, odnosno uspostavljaju fosfodiestersku vezu.


Elongacija DNA ligaza katalizira nastajanje fosfodiesterske veze između ’ hidroksilnog kraja jednog fragmenta DNA na sporom lancu i ’ fosfatne grupe drugog Okazakijevog fragmenta.


Faze u replikaciji hromozoma E. coli

-Započinjanje inicijacija) -Produžavanje elongacija) -Završetak terminacija)

Inicijacija Početak replikacije hromozoma u bakteriji E.coli sastoji se od 245 bazna para i naziva se oriC. Ovo područje sadrži segmente DNA čije su sekvence visoko očuvane na mjestima otpočinjanja replikacije u bakterija.


Inicijacija Ključne sekvence su sastavljene od po 13 bp koji se ponavljaju uzastopno tri puta i od po 9 bp koji se ponavljaju četiri puta.

U otpočinjanju replikacije sudjeluje najmanje devet enzima ili proteina. Oni otvaraju DNA uzvojnicu na početku originu i stvaraju kompleks koji omogućava dalje reakcije.

Za otpočinjanje procesa replikacije ključna komponenta je DnaA protein. Kompleks sastavljen od 20 molekula DnaA proteina i ATP-a vezuje se na četiri ponavljajuće sekvence dužine 9 bp u oriC.

Kompleks sukcesivno denaturira DNA u području tri uzastopno ponavljajuća segmenta dužine baznih parova. Ovo područje je bogato A=T parovima. U ovom procesu troši se ATP a neophodno je i sudjelovanje bakterijskog proteina (U koji je sličan histonima.


Inicijacija Na odvijeno područje DNA vezuje se DnaB protein u reakciji u kojoj je i neophodno prisustvo DnaC proteina. Dva heksamera DnaB proteina od kojih se svaki vezuje na jedan od razdvojenih DNA lanaca, djeluju kao helikaze, koje odvijaju DNA u dva smjera i stvaraju dvoje replikacijske rašlje. Uz SSB protein i DNA girazu, DNA helikaza će brzo odvijati hiljade parova baza u oba smjera od tačke otpočinjanja replikacije. Više molekula SSB kooperativno se vezuje za jednolančanu DNA. Oni time stabiliziraju razdvojene lance DNA i sprječavaju renaturaciju, dok giraza oslobađa DNA topološkog stresa uzrokovanog djelovanjem DnaB helikaze.


Elongacija Faza elongacije obuhvata sintezu vodećeg i sintezu tromog lanca.

Sinteza vodećeg lanca je mnogo jednostavnija i otpočinje sintezom kratke RNA klice dužine do nukleotida u tački otpočinjanja replikacije. Sintezu klice vrši primaza (DnaG protein). Na ovu klicu dodaju se dezoksiribonukleotidi djelovanjem DNA polimeraze III. Sinteza vodećeg lanca odvija se kontinuirano i ide u korak s odvijanjem DNA u replikacijskim rašljama.

Tromi lanac se sintetizira u obliku kraćih segmenata koji se nazivaju Okazakijevi fragmenti. Primaza sintetizira RNA klicu, a zatim DNA polimeraza III na klicu dodaje dezoksiribonukleotide.

Sinteza DNA se odvija brzinom od oko 1000 nukleotida u sekundi. Pošto je sinteza Okazakijevog fragmenta završena, uklanja se njegova RNA klica i zamjenjuje s DNA. Uklanjanje klice i popunjavanje preostalog jaza vrši DNA polimeraza I, a rez koji preostaje popunjava DNA ligaza.


Terminacija Na kraju se dvoje replikacijske rašlje u cirkularnom hromozomu E.coli susreću u području terminusa koji sadrži višestruke kopije sekvence dužine bp, označene kao Ter. Ter sekvence raspoređene su na hromozomu tako da čine neku vrstu zamke za rašlje. Ter sekvenca je mjesto vezivanja proteina koji sa naziva Tus (terminus uilization substance). Tus-Ter kompleks zaustavlja replikacijske rašlje. Enzim topoizomeraza IV razdvaja novonastale hromozome, koji tokom diobe, odlaze u kćerke ćelije.

Sinteza DNA-replikacija u eukariota

Sinteza DNA kod eukariota odvija se procesom koji je u osnovi sličan onome kod prokariota. ) ovdje se stvaraju replikacijske rašlje, sintetizira klica i Okazakijevi fragmenti, popunjavaju se šupljine između novosintetiziranih fragmenata DNA. Ali, kod eukariota, cjelokupni proces je mnogo složeniji.

Razlike u replikaciji prokariota i eukariota

Osobina Prokarioti Eukarioti

Vrijeme replikacije toko većeg dijela ćelijskog iklusa

sinteza DNA i histona

odvija se samo u

jed o dijelu ćelijskog ciklusa

Veliči a DNA Oko 103 kb 105 do 106 kb

Disocijacija

nukleosoma

--

Da, što usporava kreta je rašlji

Odvijanje replikacije Dvosmjerno iz jedne

tačke

Dvos jer o iz više tačaka otpoči ja ja

eđuso o udalje ih 30.000 do 300.000 bp


DNA sisara replicira se simultano na većem broju replikacijskih rašlji. Ovaj mehanizam ubrzava proces replikacije pošto je brzina kretanja replikacijskih rašlji u sisara mnogo sporija nego u prokariota.

30 μm

Prosječan razmak između početaka


Ćelijski ciklus eukariota

struktura_i_hem_osob_DNA (1).pdf

Documents

Transcript of struktura_i_hem_osob_DNA (1).pdf