24
GENOM. HISTONI. GENOM. HISTONI. Doc. dr Snežana Marković Doc. dr Snežana Marković Doc. dr Snežana Marković Doc. dr Snežana Marković Institut za biologiju i ekologiju nstitut za biologiju i ekologiju Prirodno rirodno-matematički fakultet matematički fakultet Univerzitet u Kragujevcu niverzitet u Kragujevcu

genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

  • Upload
    others

  • View
    11

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

GENOM. HISTONI.GENOM. HISTONI.

Doc. dr Snežana MarkovićDoc. dr Snežana MarkovićDoc. dr Snežana MarkovićDoc. dr Snežana MarkovićIInstitut za biologiju i ekologijunstitut za biologiju i ekologijuPPrirodnorirodno--matematički fakultetmatematički fakultet

UUniverzitet u Kragujevcuniverzitet u Kragujevcu

Page 2: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

GENOM�� GenomikaGenomika -- oblast oblast molekularnemolekularne biologijebiologije kojakoja se se bavibavi ispitivanjemispitivanjem

strukturestrukture ii ororganizacije celih ganizacije celih genomagenoma, uključujući njihovo mapiranje i , uklju čujući njihovo mapiranje i sekvenciranje, kao i indentifikaciju sekvenciranje, kao i indentifikaciju ii funkcionalne analize gena.funkcionalne analize gena.

�� GenomGenomse se sastojisastoji odod ninizza a nukleotidanukleotida u u molekulumolekulu DNK DNK kojikoji obeobezzbebeđđujeujeneophodnuneophodnu informacijuinformaciju zza a iizzgradnjugradnju i funkcionisanje organizma.i funkcionisanje organizma.

�� Genom je kompletan nasledni materijal organizma.Genom je kompletan nasledni materijal organizma.�� GGenom eukariota enom eukariota se se definiše u haplodnom stanju definiše u haplodnom stanju -- nasledni materijal nasledni materijal

sadržan u polnim ćelijama date vrstesadržan u polnim ćelijama date vrste. . sadržan u polnim ćelijama date vrstesadržan u polnim ćelijama date vrste. . �� Fizički Fizički -- genom se sastoji od jednog ili većeg broja molekula DNKgenom se sastoji od jednog ili većeg broja molekula DNK;;

funkcionalno funkcionalno -- genom se sastoji iz gena. genom se sastoji iz gena. �� Osnovna karakteristika genoma su njegova ukupna veličina, izražena Osnovna karakteristika genoma su njegova ukupna veličina, izražena

u baznim parovima, kao i broj i vrsta gena. u baznim parovima, kao i broj i vrsta gena. �� GenomGenomprokariotaprokariota –– jedanjedan hromozomhromozom ii plazmidiplazmidi..�� Genom eukarota Genom eukarota –– hromozomi u jedru, mitohondrijalna i DNKhromozomi u jedru, mitohondrijalna i DNK

hloroplastahloroplasta..

Page 3: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Projekat “Genom čoveka”strukturna organizacija genoma; funkcionalna genomika

� Ciljevi projekta “Genom čoveka” jesu da se mapira i sekvencira ceo genom čoveka

� 1988. godine osniva se National Center for Human Genome Research za projekat mapiranja humanog genoma. Oktobar 1990. godine - zvaničan početak mapiranja genoma

� Genom čoveka – 2001. mapirano 83-84% genoma i pokazana transkripciona mapa

(pozicije gena)(pozicije gena)– 2003. završeno sekvenciranje kompletnog genoma

� Istraživanja genoma obuhvataju– Analizu gena– Ispitivanje ekspresije gena– Određivanje uloge gena

Page 4: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Humani genomHumani genom�� Genom čoveka Genom čoveka -- ukupna genetička informacija (DNK sadržaj) u polnim ukupna genetička informacija (DNK sadržaj) u polnim ćelijama čoveka. ćelijama čoveka.

�� Složeni genom jedra (99.9995% od ukupne genetičke informacije) i Složeni genom jedra (99.9995% od ukupne genetičke informacije) i jednostavni genom mitohondrija (0.0005%). jednostavni genom mitohondrija (0.0005%).

�� Nuklearni genom Nuklearni genom -- 24 linearna DNK molekula, ukupne dužine 3,2 x1024 linearna DNK molekula, ukupne dužine 3,2 x1099 bp bp ili 3200 Mb smeštenih u jedru. 22 autozomalna i 2 polna hromozoma. ili 3200 Mb smeštenih u jedru. 22 autozomalna i 2 polna hromozoma.

�� Somatske ćelije Somatske ćelije -- dve kopije autozomalnih hromozoma i par polnih dve kopije autozomalnih hromozoma i par polnih hromozoma, XX ili XY. hromozoma, XX ili XY.

�� Prosečna veličina hromozoma čoveka je oko 140 Mb. Prosečna veličina hromozoma čoveka je oko 140 Mb. �� Broj gena čoveka je Broj gena čoveka je okooko 2222000. 000. �� Broj gena čoveka je Broj gena čoveka je okooko 2222000. 000. �� Mitohondrijski genom određuje samo mali deo specifičnih mitohondrijskih Mitohondrijski genom određuje samo mali deo specifičnih mitohondrijskih

funkcija; mitohondrijski geni se prenose na potomstvo materinski funkcija; mitohondrijski geni se prenose na potomstvo materinski ––matroklino; stotine mitohondrija sa po nekoliko kopija mitohondrijskih matroklino; stotine mitohondrija sa po nekoliko kopija mitohondrijskih hromozoma. hromozoma.

Page 5: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� Od 1995. do 2003. godine sekvencirani su genomi prokariotskih i većine eukariotskih eksperimentalnih organizama

Page 6: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Veličina genoma, gustina gena i kompleksnost organizamaVeličina genoma, gustina gena i kompleksnost organizama�� Veličina genoma samo grubo koreliše sa složenošću organizma. Veličina genoma samo grubo koreliše sa složenošću organizma. �� CC--vrednostvrednost –– ukupnaukupna dudužina molekula DNK haploidnog genoma izražena u baznim žina molekula DNK haploidnog genoma izražena u baznim

parovima (bp); paradoks Cparovima (bp); paradoks C--vrednosti.vrednosti.�� Manje složeni genomi imaju ekonomičnije genome Manje složeni genomi imaju ekonomičnije genome -- geni su mnogo gušće spakovani. geni su mnogo gušće spakovani. �� Gustina gena Gustina gena -- broj gena u 1 Mb genomske DNK. broj gena u 1 Mb genomske DNK. �� Inverzna korelacija između gustine gena i kompleksnosti genoma; što je organizam Inverzna korelacija između gustine gena i kompleksnosti genoma; što je organizam

manje kompleksan gustina gena je veća. manje kompleksan gustina gena je veća. �� Kod eukariota postoji trend smanjivanja gustine gena, kako se povećava kompleksnost Kod eukariota postoji trend smanjivanja gustine gena, kako se povećava kompleksnost

organizama; zbog povećanja ukupne dužine gena i povećanja dužine DNK sekvenci organizama; zbog povećanja ukupne dužine gena i povećanja dužine DNK sekvenci između gena. između gena.

�� Pojedinačni geni eukariota su duži zato što imaju kompleksnije regulatorne sekvence, a Pojedinačni geni eukariota su duži zato što imaju kompleksnije regulatorne sekvence, a �� Pojedinačni geni eukariota su duži zato što imaju kompleksnije regulatorne sekvence, a Pojedinačni geni eukariota su duži zato što imaju kompleksnije regulatorne sekvence, a šifarski deo je diskontinuiran i sastoji se iz egzona i introna.šifarski deo je diskontinuiran i sastoji se iz egzona i introna.

�� Prosečna dužina transkribovanog Prosečna dužina transkribovanog regiona humanog gena iznosi 27 kb a regiona humanog gena iznosi 27 kb a dužina koja se prepisuje u protein je 1.3 kb. dužina koja se prepisuje u protein je 1.3 kb. �� U humanom genomu vrlo mali procenat U humanom genomu vrlo mali procenat genoma je ukljugenoma je uključčen u kodiranje proteina ili en u kodiranje proteina ili strukturnih RNKstrukturnih RNK (oko 1.5% DNK su egzoni). (oko 1.5% DNK su egzoni). velika prosečna velika prosečna

Page 7: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Organizacija genoma� Funkcionalna organizacija genoma prati strukturnu organizaciju. � Funkcionalno - osnovna podela sekvenci DNK se odnosi na sadržaj genetičke informacije koju

nosi određena DNK sekvenca.� Genom eukariota sadrži kodirajuće (1,5-2% genoma) i nekodirajuće DNK. � Kodiraju ći regioni - sekvence koje nose informaciju za sintezu polipeptida (iRNK) i sekvence koje

nose informaciju za ostale vrste molekula RNK. � C0t krive su rezultat eksperimenata koji mere kompleksnost sekvenci DNK. Proces:

– prečišćavanje DNK iz željenog izvora– fragmentacija DNK u male fragmente prosečne dužine oko 300 bp. – denaturacija fragmenata visokom temperaturom tako da se dobijaju pojedinačni lanci – renaturacija i formiranje dvolan čanih molekula, nakon povratka na normalne uslove – uzorci su uzimani u određenim intervalima i merena je proporcija DNK koja još nije renaturisana. DNK će

se renaturisati kada pojedinačni lanci DNK molekula nađu svoj komplementarni lanac. Promene ovih događanja se dešavaju na početnoj koncentraciji DNK (koliko kopija odre đene sekvence je prisutno u ml) i događanja se dešavaju na početnoj koncentraciji DNK (koliko kopija odre đene sekvence je prisutno u ml) i kako vreme protiče.

� C0t vrednost na kojoj je polovina DNK renaturisana (C0t½) - proporcionalno kompleksnosti DNK. � Kod eukariota kriva Cot vrednosti je rezultat tri klase DNK molekula.

– (I) C0t½ -10-2, rana renaturacija –visoko repetitivne sekvence DNK (prosečna vrednost ponavljanja oko 50,000 puta)– (II) C0t½ = 1 - umereno ponavljajuće sekvence DNK (50 -5,000 puta)– (III) Jedinstveni nizovi - DNK molekuli koji su prisutni u samo jednoj kopiji po genomu, ili one koje se ponavljaju nekoliko puta u genomu.

Page 8: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

INFRASTRUKTURAEUKARIOTSKIHDNK

� Eksperiment sa renaturacijom DNK – endonukleazama isečena DNK i denaturisana – uvodi se u uslove ponovne renaturacije (hibridizacije) → repetitivni delovi se brže renaturišu od unikalnih nizova

INFRASTRUKTURA EUKARIOTSKIH DNKOrganizacija genoma

� 90% heterohromatin, 7-10% euhromatin� 30% visoko repetativne DNK� (1) Satelitske DNK - tandemski ponovci (1-250 nukleotida),

– evolutivno promenljive po primarnoj strukturi, veli čini, položaju u okviru hromozoma;

– u okviru konstitutivnog hetrohromatina; – uloga u sparivanju hromozoma, strukturna uloga

Page 9: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� (2) Intermedijarni nizovi – tandemski ponovci od nekoliko stotina do nekoliko hiljada; – geni za rRNK, tRNK, 5S RNK, mesta na kojima počinje replikacija, signali

za obradu primarnog transkripta, regulatorna uloga u transkripciji; – raštrkane po genomu, manji broj kopija, – neki delovi se transkribuju, – izvesna sličnost među vrstama, – evolutivno prili čno stabilne– parazitska DNK– parazitska DNK

� (3) Jedinstveni nizovi nukleotida u genomu– Geni za proteine, rRNK, tRNK

� Diskontinuiranost eukariotskih gena– hnRNK – egzoni i introni– Evolutivna bitnost introna– Egzoni su delovi strukturnog gena koji kodiraju različite domene

polipeptidnog lanca– Egzoni su genetički stabilniji od introna

Page 10: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,
Page 11: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� U eukariotskom genomu se nalaze sledeći tipovi DNK sekvenci:� 1. Jedinstveni, protein kodirajući nizovi� 2. Ponovljene sekvence� 3. Tandemske genske strukture� 4. Familije gena � 5. Transpozabilni elementi� Jedinstvene sekvence se javljaju samo u jednoj kopiji u haploidnom

genomu. Oko 90% kodirajućih DNK se koristi za stvaranje iRNK, a 10% kodiraju ćih regiona geni za druge tipove RNK (umereno repetitivne sekvence).

� Više od 95% genoma čoveka čine nekodirajuće sekvence DNK.� Repetitivne DNK - sekvence nukleotida koji se ponavljaju u haploidnom � Repetitivne DNK - sekvence nukleotida koji se ponavljaju u haploidnom

genomu u nekoliko stotina do nekoliko miliona kopija. � Repetitivni deo DNK doprinosi održavanju strukture hromozoma.

– umereno repetitivni nizovi (10-105 kopija), geni za rRNK, tRNK i iRNK za histone– visoko repetitivni nizovi (satelitska DNK) –105 kopija. Satelitska DNK (sekvence od 3-300 nukleotida koji se ponavljaju) u centromernom regionu hromozoma.

Page 12: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Struktura gena Struktura gena –– geni i sekvence srodne genimageni i sekvence srodne genimaGeni - deo molekula DNK sa specifičnim nizom nukleotida, koji predstavljaju informaciju

za sintezu jednog polipeptidnog lanca, pri čemu taj niz nukleotida ne mora biti kontinuiran.

� Svaki gen ima mesto (lokus) na hromozomu, specifičnu strukturu određenu redosledom nukleotida u DNK.

� Geni mogu da se jave u više različitih oblika-alela u populaciji; jedinke koje na datom lokusu imaju identične genske alele su homozigoti.

� Prokariotski geni su kontinuirani, sastoje se od kodirajućih sekvenci nukleotida.� Geni eukariota su diskontinuirani - sastoje iz kodirajućih i nekodiraju ćih sekvenci

(egzoni i introni); ukupna dužina introna prevazilazi ukupnu dužinu egzona. � Nova definicija gena - sa istog transkripta se nekada prepisuje veći broj polipeptidnih � Nova definicija gena - sa istog transkripta se nekada prepisuje veći broj polipeptidnih

lanaca - geni koji se preklapaju –alternativno iskrajanje.� Gen - sekvenca hromozomske DNK koja je potrebna za stvaranje funkcionalnog produkta, bilo da je to protein ili funkcionalni RNK molekul. � 90% gena čoveka su geni čiji su konačni proizvodi proteini (geni za informacione RNK – iRNK), dok oko 10% ima konačni produkt RNK molekul (ribozomske RNK – rRNK; transportne – tRNK; male nuklearne RNK – snRNK i dr.).

Page 13: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Familije gena� Kompleksnosti eukariotskih genoma doprinosi i

postojanje familije gena koje se transkribuju u različitim tkivima ili razli čitim fazama razvića.

� «Porodice» ili familije blisko srodnih DNK sekvenci -sličnosti nukleotidne sekvence gena ili aminokiselinske sekvence polipeptidnih produkata.

� Familija gena nastala tokom evolucije od predačkog, ancestralnog gena. – princip dupliranja gena.

� α i β subjedinice hemoglobina su kodirane dvema genskim familijama - razli čiti članovi ovih familija se eksprimiraju u embrionalnom, fetalnom i adultnom tkivu; grupe gena za α-globin i β-globin se nalaze na hromozomima 16 i 11.

� Familije gena za albumin, alfa fetoprotein, serin proteaze, interferone, imunoglobuline. interferone, imunoglobuline.

� Superfamilije gena sadrže više genskih familija; superfamilija imunoglobulina obuhvata gene za imunoglobuline, gene za T ćelijske receptore, HLA gene i mnoge druge; kodiraju proteine koji imaju ulogu u imunom sistemu i Ig-nalik domene.

– superfamilija globina - alfa i beta globinskih gena, geni koji kodiraju globine mišića i mozga, mioglobin, neuroglobin i citoglobin.

� PSEUDOGENI - Sekvence DNK koje su vrlo slične genima ali su nefunkcionalne (ne prepisuju se); rasprostranjeni u genomu čoveka (oko 20 000), nusprodukti evolucije; geni koji su nekada bili aktivni ali su mutacijama (greškama) u kodiraju ćim i regulatornim sekvencama inaktivisani.

� OKRNJENI GENI I GENSKI FRAGMENTI

Page 14: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� INTERGENSKE SEKVENCE (62% DNK)�� JEDINSTVENA INTERGENSKA SEKVENCA JEDINSTVENA INTERGENSKA SEKVENCA i sekvence koje se ponavljaju i sekvence koje se ponavljaju

mali broj puta mali broj puta –– “truljenje” genoma “truljenje” genoma �� UZASTOPNO PONOVLJENE SEKVENCE DNKUZASTOPNO PONOVLJENE SEKVENCE DNK -- identične ili gotovo identične ili gotovo

identične ponovljene sekvence. identične ponovljene sekvence. �� Satelitska DNK Satelitska DNK -- visoko ponovljene jedinice;visoko ponovljene jedinice;ponavljajući motivi od 5ponavljajući motivi od 5--200 bp, čine niz od 100 kb do nekoliko Mb; 200 bp, čine niz od 100 kb do nekoliko Mb; u centromerama i konstitutivnom heterohromatinu; u centromerama i konstitutivnom heterohromatinu; �� Megasateliti Megasateliti –– motivi dužine nekoliko kb ponavljaju se u dužini od motivi dužine nekoliko kb ponavljaju se u dužini od nekolko stotina kbnekolko stotina kb�� Minisateliti Minisateliti imaju ponovke od 20 imaju ponovke od 20 -- 50 bp i mogu biti dugi od 150 bp i mogu biti dugi od 1--2020 kb;kb;telomere hromozoma. telomere hromozoma. �� Mikrosateliti Mikrosateliti (SSR) imaju ponovke od 2(SSR) imaju ponovke od 2--4 bp i mogu biti dugi od 404 bp i mogu biti dugi od 40--150 bp; oko 3% 150 bp; oko 3% �� Mikrosateliti Mikrosateliti (SSR) imaju ponovke od 2(SSR) imaju ponovke od 2--4 bp i mogu biti dugi od 404 bp i mogu biti dugi od 40--150 bp; oko 3% 150 bp; oko 3%

humanog genoma; humanog genoma; bbroj SSR se razlikuje kod različitih ljudi, marker za identifikaciju, roj SSR se razlikuje kod različitih ljudi, marker za identifikaciju, za analizu roditelja i dece.za analizu roditelja i dece.

�� TRANSPOZONITRANSPOZONI -- skoči geni, mobilni genetički elementi; sekvence koje se skoči geni, mobilni genetički elementi; sekvence koje se ponavljaju rasute po genomu; sekvence koje mogu da se premeštaju kroz ponavljaju rasute po genomu; sekvence koje mogu da se premeštaju kroz genom a koje ne zahtevaju homologiju sa sekvencama DNK; 45% genoma; genom a koje ne zahtevaju homologiju sa sekvencama DNK; 45% genoma; postoje DNK i RNK transpozoni.postoje DNK i RNK transpozoni.

�� LTR elementiLTR elementi -- eendogeni retrovirusindogeni retrovirusi; aktivni ili neaktivni; aktivni ili neaktivni, 0.5x10, 0.5x1066 kopijakopija..�� LINE (long interspersed nuclear elements)LINE (long interspersed nuclear elements) -- autonomni retrotranspozoniautonomni retrotranspozoni; o; oko 21% ko 21%

humanog genomahumanog genoma; ; LINELINE--1 ili L1 ili L--1 familiji1 familiji (oko(oko 17% genoma17% genoma)). . �� SINE SINE -- kratki jedarni elementi, u proseku manji od 500 bp i nemaju protein kodirajući kratki jedarni elementi, u proseku manji od 500 bp i nemaju protein kodiraju ći

potencijalpotencijal, 1.5x10, 1.5x1066 kopijakopija; Alu elementi (11% humanog genoma; Alu elementi (11% humanog genoma, 10, 1066 kopijakopija).).

Page 15: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� "Junk" ( đubre) DNK - deo DNK sekvence čija funkcija još nije jasna; oko 80-90% humanog genoma; sekvence u sastavu introna, i većina intergenske DNK; konzervativnost nekih junk DNK - važna uloga; nekodirajuća DNK.

Page 16: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

Jedro- nukleus� Ćelijski nukleus sadrži hromatin-hromozome. � Euhromatin i heterohromatin � Hetrehromatin - fakultativni (sadrži gene) i konstitutivni (n eaktivan - telomere i

centromere). � Hromozomske teritorije. � Osnovna uloga nukleusa je u kontroli genske ekspresije i u procesu replikacije DNK za

vreme ćelijskog ciklusa. � Jedro - dinamična struktura sa genetičkim materijalom, dvoslojna jedrova membrana,

dve mreže intermedijernih filamenata (lamina), perinuklearni prostor, jedrove pore.� Jedarna arhitektura - morfološki odvojene intranuklearne struktur e- jedarni odeljci

(svaki region unutar jedra, bez membrane koji se morfološki i funkcionalno jasno (svaki region unutar jedra, bez membrane koji se morfološki i funkcionalno jasno razlikuje od svoje okoline) - jedarna tela i nenasumično raspoređeni hromatinski domeni.

� Jedarna tela – (i) jedarce, nukleolus u kome se vrši sinteza i obrada rRNK, – (ii) splajsozomi, čestice u kojima se vrši obrada primarnih RNK transkripata, – (iii) spiralna ili Kajalova tela u kojima se okuplj aju snRNK i transkripcioni kompleksi i – (iv) PML tela (Promielocyte Leukaemia bodies – promijelocitna leukemična tela).

� Individualni hromozomi se okupljaju u diskretne domene - hromozomske teritorije. � Hromozomske teritorije su međusobno razdvojene nukleoplazmatskim kanalima -

međuhromatinski odeljak; serija kanala između i unutar hromozomskih teritorija koji su u direktnoj vezi sa jedarnim porama jedarne membrane; ispunjen je plazmom u kojoj se nalaze jedarna tela, jedarni proteini i RNK koji se premeštaju kroz kanale.

Page 17: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,
Page 18: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,
Page 19: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,
Page 20: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

HROMATIN� Dužina DNK mnogo puta veća od veličine same ćelije ili

organizma� Tercijerna struktura DNK� Euhromatin i heterohromatin� Hromozomi – NK u kojim su sadržane genetičke informacije

virusa, bakterijske ćelije, eukariotske ć. ili ćelijske organele

� Masa HP približno jednaka masi DNKHISTONSKI PROTEINI (HP)

� Masa HP približno jednaka masi DNK� HP su pozitivno naelektrisani, bazni proteini (lys, arg)� I grupa: Nukleozomski HP (H2A, H2B, H3 i H4) – evolutivno

očuvaniII grupa: H1 (familija sli čnih proteina)

� Strukturni; sinteza usklađena sa replikacijom DNK� Protamini (ribe i ptice) – bazni (arg, lys, his)

Page 21: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� Nukleozomi – kompleksi DNK-HP; – Nukleaza– R=11 nm; DNK 147 bp– 8 molekula HP (2 x H2A, H2B, H3 i H4);

sadrže “tela” i “repove” (N ili C sloboni krajevi na kojima se vrše posttranslacione modifikacije);

– DNK je levogira supernavojnica (1.65 puta); – internukleozomska DNK oko 60 bp (10-90);– skraćivanje 2.5-7 puta.– skraćivanje 2.5-7 puta.

� Solenoidne strukture (cik-cak vlakno)– 30 nm; 100 puta kompaktnija u odnosu na

DNK– H1 – centralni globularni deo (telo) i N- i C-

terminalni produžeci (ruke); telo za nukleozome, a ruke do sledećeg nukleozoma/vezne DNK

– H1 u grupi po 8 (solenoidi)– DNKaza I; hipersenzitivna mesta

Page 22: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� VIŠI NIVOI STRUKTURNE ORGANIZACIJE HROMATINA– Skelet hromozoma od nehistonskih proteina (uglavnom

SMC grupa proteina i topoizomeraza II), nakon digestije hromozoma proteolitičkim enzimima i ribonukleazom

– Solenoidna struktura (30 nm) se savija u PETLJE (300 nm); set srodnih gena; hromatinske petlje su u svojoj bazi(M/SARs sekvence DNK koje ne sadrže gene) vezane za nuklearni matriks pomoću kondenzina

– Kondenzin (za kondenzaciju hromozoma) i kohezin (za asocijaciju i segregaciju hromatida) su proteinski asocijaciju i segregaciju hromatida) su proteinski kompleksi satavljeni od SMC proteina

– Superspiralizacija i grupisanje petlji savijenih na određen način (700 nm)

– Kondenzacija hromatinskog materijala - hromozomi (1400 nm)

– Politeni hromozomi Drozophile i četkasti hromozomi nekih oocita

� STRUKTURNA ORGANIZACIJA BAKTERIJSKOG GENOMA

Nukloid, vezan za membranu bak.; skelet; histonima slični proteini, ali ne grade nukleozome; dinamična struktura

Page 23: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,

� Kovalentne modifikacije HP– Acetilacija, metilacija, fosforilacija, ADP-ribozil acija– Uloga u dekondenzaciji hromatina - transkripcija

� NEHISTONSKI PROTEINI (NHP)– Jedarni enzimi replikacije i transkripcije, enzimi koji modifikuju HP,

regulatorni proteini (aktivatori gena)– Povećan broj u toku transkripcije i translacije– Raznovrsni, specifični za vrstu, ali i za tkiva– HP su opšti nespecifični inhibitori tr., a NHP su strukturni i specifi čni

aktivatori transkripcije– HMG ( high mobility group) proteini – jako naelektrisani; vezuju se i za

DNK i za HP� HMG1 i HMG2 – nisu species specif., snižavaju tačku topljenja i

superspiralizovanost sekundarne strukture DNK� HMG14 i HMG17 – vezani za nukleozome u okviru aktivnih gena (otvaranje

hromatina)� Nisko zastupljeni NHP – prepoznaju regione DNK (karakteristična

sekundarna struktura ili nizovi nukleotida), kontrola repl., transkr, diferenc.

Page 24: genom i histoni 2013 - CPCTAS-LCMBcpctas-lcmb.pmf.kg.ac.rs/lcmb/molekularna biologija/genom i histoni... · U eukariotskom genomu se nalaze slede ći tipovi DNK sekvenci: 1. Jedinstveni,