Istorijat, građa DNK

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Struktura i funkcija geneti č kog materijala Biohemijska genetika – molekularna genetika. Istorijat, građa DNK. - PowerPoint PPT Presentation

Text of Istorijat, građa DNK

ANS 102 - Genetics

Istorijat, graa DNKStruktura i funkcija genetikog materijala Biohemijska genetika molekularna genetika

Biohemijska genetika - grana genetike koja prouava biohemijsku strukturu naslednosti i promenjivosti u ivom svetu.

Molekularna genetika grana genetike koja izuava nasledne promene na molekularnom nivou i utvruje mahanizme regulisanja aktivnosti gena.

Istorijat razvoja biohemijske genetikeFriedrich Miescher (1868)Izolacija nukleinskih

Istorijat razvoja biohemijske genetikeGarrod (1908)Uroene greke metabolizma metabolizam fenilalanina (fenilketonurija)

DNK-faktor transformacije u Pneumococcus-uGriffit (1928)Transformacija pneumokokaKod Pneumococcus-a prvi put dokazano da je DNK nosilac naslednog materijala svih prokariota i eukariota.postoje 2 tipa Pneumococcus-aRezistentni na antibiotike-patogeni (virulentne)- Senzitivni - osetljivi na antibiotike Griffit (1928) je prouavajui prouzrokovae pneumonije kod mia zakljuio da se nepatogene R elije transformiu u patogene pomou zagrevanja odnosno ubijanja S elija.Pri zagrevanju dolazi do razlaganja DNK, i njenom kontrolisanom estrakcijom i prenoenjem 1 u 2 eliju menjane su osobine.Time je Griffit pokazao mogunost transformacije gena, ali nije uspeo da utvrdi biohemijsku strukturu te aktivne genetike supstance. Griffit-ov eksperiment

Istorijat razvoja biohemijske genetikeBeadle & Tatum (1941)Jedan gen- jedan enzimNobel 1958

Avery, Macleod and McCarty (1943)DNK je nosilac nasledne informacije

Avery, Macleod i McCarty ev eksperimentNastavili istraivanja Griffita na Pneumococcus-u

Iz patogenog (S) soja izdvojili su DNK i stavili je u sredinu gde ive nepatogeni sojevi (R) i ubrzo su se pojavile i elije patogenog soja (S).

Ogled je pokazao da DNK ima aktivnu ulogu u naslednosti i da je nosilac genetikih informacija.

A. D. Hershey and Martha Chase-Pruili dokaz da je DNK nasledni materijal.

Eksperiment su radili na nemarkiranoj E.coli koju su inficirali bakteriofagom Hershey i Chase eksperiment

1952. dokazali da DNK virusa ulazi u eliju domaina i vri transformaciju razlae njen unutranji sadraj i stvara mnotvo novih elija virusa. U podlogu gde se gajene bakteriofage stavljeni su radioktivni izotopi P32 i S35 i utvreno je da se oni ugrauju u proteine (S) i DNK virusa (P)

Pruen je direktan dokaz da je DNK genetiki materijal bakteriofaga i ujedno je potvrena uloga DNK u nasleivanju Watson, Crick (1953)DNK je dvolanana zavojnicaNobel 1962

Centralna dogma molekularne biologijeCrick & Gamow (1957) DNKRNKProteinTranskripcijaTranslacijaReplikacijaUmnoavanje DNK u epruvetiArthur Kornberg (1958) izolovao DNK polimerazu-enzim koji sintetie novi lanac DNK na osnovu postojeeg koji slui kao matrica.

Otkria koja su omoguila dalji razvoj biotehnologijePaul Berg (1972) Otkrio i izolovao restrikcione enzime koji seku mol DNK na tano odreenom mestu (kao makaze) a zatim upotrebio enzim ligazu (lepak) da bi ponovo spojio iseene delove i tako napravio prvu vetaku-rekombinovanu DNK.Kary Mullis (1985)otkrio PCR- metod za indentifikaciju DNK fragmenata nastalih delovanjem restrikcoinih enzima.Nukleinske kiselineNukleinske kiseline su polimeri nikleotidaSastavljeni su od: azotne bazeeera pentozeostatka fosforne kiselinePostoje dva tipa nukleinskih kiselinaDNKRNK

Funkcija DNKDNK sposobna da se:reprodukuje u indentinom oblikuprenosi nasledne informacije na potomstvomenja se povremeno (mutacije)

Hemijski sastav i struktura DNK 5 3 eer Azotne bazePurinske - Adenin (A) Guanin (G)Pirimidinske - Timin (T) Citozin (C) 3 5 Ostatak fosfatne kis.ATCGGCTANUKLEOTIDNUKLEOZID

NUKLEOTIDNUKLEOZIDStruktura DNK

Azotna baza je N-glikozidnom vezom povezana sa pentozom, pri emu se N-1 atom pirimidinske, odnosno N-9 atom purinske baze povezuje sa hidroksilnom grupom C-1 atoma pentoznog eera. Azotna baza i eer ine nukleozid.Fosfatna kiselina je povezana estarskom vezom sa OH grupom na C-5 atomu pentoze, gradei fosfatni estar nukleozida tj. nukleotid.N1N-9 Struktura DNK

DNK je dvolani molekul (dvostruki heliks, zavojnica).

Bazni parovi se naslojavaju jedan iznad drugih i meusobno su udaljeni 0.34 nm. Deset baznih parova (Bp)pravi pun okret (360 stepeni) u dvostrukom heliksu. Bp povezani su hidrogenskin vezama.

Nasuprot baznim parovima koji se nalaze unutar mol DNK, prema periferiji postoji fosfodiestarska veza (izgraena od fosfata i eera koji se naizmenino smenjuju.

Lanci DNK meusobno su anti paralelni (5 kraj jednog lanca nalazi se naspram 3 kraja drugog i obrnuto. 35Struktura DNK

Struktura DNK moe biti:PRIMARNA broj i redosled nukleotida u jednom lancuctgaattgcatggtactgacctgagt

SEKUNDARNA dva, duga komplementarna lanca meusobno povezana vodoninim vezama

3. TERCIJARNA viestruko ispresavijanai smetena u mali prostor jedra elije SEKUNDARNA strukturaDNKStruktura DNK

Chargaff-ova pravila (1950)Hemijska ispitivanja koje je vrio Chargaff su pokazala da DNK pokazuje dovoljnu hemijsku sloenost koja je neophodna genetikom materijalu.Chargaff-ova pravila su potvrdila da genetika specifinost svake bioloke vrste poiva na broju i redosledu nukleotida u primarnoj strukturi DNK.Chargaff-ova pravila glase: Broj adeninskih nukleotida jednak je broju timinskih nukleotida (A=T), a broj guaninskih nukleotida jednak je broju citozinskih nukleotida (G=C)Zastupljenost guaninskih i citozinskih nukleotida odnosno adeninskih i timinskih nukleotida karakteristina je za svaku bioloku vrstu.

Chargaffova pravila

A = T

G = C

A + G = T + C

A + T G + C

%(G+C) const.

Otkrie sekundarne strukture DNK

DIFRAKCIJA X-ZRAKA

Fotografija dobijenadifrakcijom X-zraka na molekulima DNK

Watson-Crick-ov model strukture DNKModel se zasnivao na 4 dokaza:Da se DNK sastoji iz nukleotida (povezanih fosfodiestarskim vezama)Da sastavi baza slede Chargaff-ova pravilaPaljivo zagrevanje nativne DNK moe izazvati vidljivu promenu njenim fizikim osobinama u cilju dobijanja tkz. DENATURISANE DNK ali bez kidanja kovalentnih veza. Difrakcija vlakana DNK pomou X - zraenja potvruje spiralnu odnosno helikalnu strukturu njenog molekula

Watson-Crick-ov model strukture DNK Na model dezoksiriboukleinske kiseline zapravo je par kalupa komplementarnih jedan drugome. Zamiljamo da se pre udvostruavanja vodonine veze prekinu, a dva lanca odmotaju i odvoje. Tada svaki lanac slui kao kalup-matrica na kom se stvara novi lanac, tako da na kraju nastanu dva para lanaca tamo gde je pre bio samo jedan. tavie, sled parova baza tano e se udvostruiti. ta ini strukturu DNK nezamenjivom u procesima naslednosti? Jednostavna graa- izgraena je od samo 4 nukleotidaMala verovatnoa grekeLinearna i vrlo stabilna struktura, jedino visoka temperatura utie na denaturaciju DNK. Visoka stabilnost DNK heliksa proistie od velikog broja vodoninih veza izmeu baznih parova. Komplementarnost azotnih baza u dvojnoj spirali DNK omoguava da se na dve jednostruke spirale izvri dogradnja i obrazovanje 2 nove istovetne dvostruke spirale.

Konformacija DNK menja se ( u jednu od 3 forme) zavisno od fiziko hemijskih uslova i interakcije sa molekulima u okruenju. U proseku 10.4 bp po jednom okretu11 bp po okretune postostoji u in vivo uslovimaCik-cakUvijena nalevoIma 12 bp po okretuTabela: Broj parova nukleotida, masa i duina DNK u hromozomima haploidnih elija nekih vrsta organizama VrstaBroj parova nukleotidaMasa DNK (10-12 g)Duina DNK (m)ovek2.87 1093.3990000Goveda2.51 1092.8-Kokoka1.17 1091.3-Vinska muica1.65 108-56000Escherichia coli4.22 1060.00471360to se organizam nalazi na veem stupnju evolutivne lestvice, sadri vie DNK. ????? (dadevnjaci 20 vie od ljudi, viak DNK usporio njihovu evoluciju)

Genomi prokariota i eukariota se razlikuju po broju ponovljenih nizova nukleotida.DNK nosilac genetikih informacija u eliji DNK u vidu genetikog zapisa (kod = ifra) prenosi nasledne informacije iz generacije u generacijuTo se postie:Udvajanjem (duplikacijom = replikacijom) DNKU toku udvajanja moe doi do greke-genske mutacije. Prepisivanjem (transkripcijom) obavetenja sa molekula DNK na molekule iRNK Prevoenjem (translacijom) tih obavetenja sa jezika RNK na jezik aminokoselina, od kojih postaju proteiniReplikacija DNK

Najvanije svojstvo mol. DNK pri emu se od jedne originalne DNK stvaraju 2 indentine keri.(Polukonzervativni tip replikacije)Posebni modeli DNK replikacije

Konzervativni tip replikacijeroditeljska DNK se potpuno odrava a molkeri su novosintetisani.Disperzioni tip replikacijeobe DNK mol keri se sastoje od novosintetisane DNK, dok se roditeljsaka DNK razgrauje.Polukonzervativni tip replikacijekod roditeljske DNK dolazi do razdvajanja traka (pucanje H veza), a zatim svaka traka slui kao osnova za obrazovanje po 1 nove trake po principu komplementarnosti

ReplikacijaReplikacija se odvija na replikacijskoj viljuci i u njoj uestvuju oba lanca. U sintezi uestvuju enzimi: DNK i RNK polimeraze, egzonukleaze, DNK ligazahelikaza koja odmotava molekul DNK. Enzimi helikaze kidaju vodinine veze izmeu N baza dvostrukog lanaca u molekulu DNK. Odmotavanje lanca pomae SSB protein koji dri lance odmotane da se ponovo ne veu (spetljaju).

ReplikacijaRNK polimeraza (primaza) stvara RNK-prajmere (kratke segmente od 30 nukleotida; ije prisustvo je uslov za delovanje DNK polimeraze). DNK polimeraza (DNK polimeraza I) sintetie nove lance u smeru 5---3 Roditeljski lanac DNK koji je 5---3 smera slui kao predloak-osnova za sintezu kratkih delova novog lanca DNK tzv. okazaki fragmenti, koje enzim DNK-ligaza