Jezgra- prva mikroskopska opaanja pravilna segregacija kromosoma tijekom mitoze i mejoze povezana s Mendelovim principima nasljeivanja ( 1902.g. T. Boveri i W.S. Saton kromosomi genetiki faktori)

- Hmmerlingov pokus Acetabularia mediteranea i A. crenulata - jednostanini morski organizam, dvije vrste razlikuju se u obliku klobuka, nakon rezanja obje vrste na manje dijelove stapke jedne vrste nacijepljene su na bazalni (korijen) dio koji pripada drugoj vrsti (tu je smjetena jezgra), novonastale hibridne stanice stvarale su klobuke karakteristine za vrstu iji dijelovi su predstavljali bazalni dio jedinke -jezgra odreuje morfologiju regeneriranog klobuka

- sadri genetiki materijal koji kontrolira rad cijele stanice - najistaknutiji i najznaajniji organel veliine oko 5 10 m - jezgrinom ovojnicom odvojena od citoplazme - transport jezgrine pore - eukariotska stanica - organeli (membranom omeeni prostori u kojima se dogaaju pojedini metaboliki procesi) jezgra genetika informacija (nasljedna uputa) u DNA reduplikacija (udvostruenje) DNA dioba (mitoza, mejoza) transkripcija RNA-obrada (RNA splicing) - transkripcija i procesiranje DNA (splicing) : - transkripcija - organizacija prokariotskog i eukariotskog gena - procesiranje splicing izrezivanje introna

-organizacija DNA u prokariota i eukariota: - prokarioti : -kruna dvolanana molekula DNA - eukarioti : -kromosomi DNA i proteini - ovjek 23 kromosoma 2 m DNA u jezgri od 5-10 mikro m - kromosom 22 48 mil. nukleotidnih parova = 1.5 cm - metafazni kromosom 22 = 2 mikro m

jezgrina ovojnica: vanjska i unutarnja membrana perinuklearni prostor (50-100nm) pore - kromatin --> kromosomi - nukleolus (jezgrica), ribosomi

- jezgrina lamina mreasta struktura graena od molekula lamina - vanjska membrana jezgrine ovojnice direktan je nastavak membrana Era- jezgrina ovojnica je granica izmeu jezgre i citoplazme - pore omoguuju difuziju manjih molekula, a velike molekule prolaze aktivnim prijenosom

- proteinski kompleks 50 proteina nukleoporini, transkripcijski aktivne stanice imaju vie pora 3000-4000 pora- iz citoplazme ulaze u jezgru: 1. histoni 10^6 svake 3 min pri sintezi DNA/100 histona u min kroz 1 poru 1. DNA- i RNA-polimeraza 1. proteini koji reguliraju aktivnost gena transkripcijski faktori 1. proteini koji sudjeluju u procesiranju (obradi) mRNA

- proteini jezgrine pore ine sloenu strukturu koja omoguuje selektivni prolaz proteina i RNA- proteinski kompleks pora u jezgrinoj ovojnici izoliran iz oocita prekriven tekim metalima - 8 podjedinica i sredinja granula.

- svaka pora predstavlja vodeni (elatinozni) kanal prolaz malih topivih proteina (difuzija) 1. 5 kDa brzo difundiraju1. 7 kDa - 2 min1. 60 kDa ne prolaze

- na temelju brzine difuzije kroz pore na jezgrinoj ovojnici: 1. sredinji otvor 9 nm irine i 15 nm duine 1. prolaz estica ~ 26 nm iznad toga prijenos aktivnim transportom - otvor se iri i suzuje proputajui vee molekule - difuzija i aktivni transport - razliiti dijelovi proteinskog kompleksa - jezgrini lokalizacijski signal (NLSs Nucelar Localization Signals) selektivan prijenos velikih jezgrinih proteina

- prijenos velikih molekula kroz proteinski kompleks pora - signali prisutni samo na jezgrinim proteinima - veina jezgrinih proteina ima jednu do dva kratka slijeda aminokiselina koje su bogate pozitivno nabijenim aminokiselinama lizinom i argininom koje su specifine za razliite jezgrine proteine (za mnoge jezgrine proteine signali jo nisu poznati) - prijenos se moe pratiti prevlaenjem zlatnih kuglica jezgrinim lokalizacijskim signalima i njihovim injektiranjem u citosol - proteini se mogu prenositi u potpunoj konformaciji (npr. ribosomske podjedinice) - jezgrine lokalizacijske signale prepoznaju jezgrini receptori (nuclear import/export receptor) kodirani porodicom srodnih gena svaki lan porodice kodira receptor protein specijaliziran za transport skupine jezgrinih proteina koje imaju sline lokalizacijske signale

- jezgrina lamina daje jezgri oblik i stabilnost jezgrinoj ovojnici intermedijarni filamenti- intermedijarni filamenti - debljina - 8-10 nm - razliite vrste citoskeletnih elemenata meusobno se razlikuju u proteinskoj grai - otporni na kemijske tretmane dulji vijek trajanja - fiksiraju oblik stanice i poloaj organela -jezgra je fiksirana intermedijarnim filamentima na jednom mjestu u stanici, jezgrina lamina - nemaju polarnosti koja je nuna za mikrotubule i mikrofilamete - 4 tipa lamina A, B1, B2 i C 60-80 kDa- vezana je za pore i integralne proteine u unutarnjoj membrani povezuje kromatin s integralnim proteinima unutarnje membraneunutarnja organizacija jezgre- kromatin eukromatin, heterokromatin - molekule RNA - jezgrini proteini - unutarnja struktura organiziran genetiki materijal - prostorno smjeten obzirom na funkcijestupnjevi kondenzacije eukariotskog kromosoma kroz stanini ciklus 1. stupanj pakiranja DNA namatanje DNA oko proteinske jezgre histoni - 4 vrste histona: H2A, H2B, H3 i H4 mali proteini s velikim udjelom pozitivno nabijenih aminokiselina lizina i arginina koji asociraju s negativno nabijenom molekulom DNA - nukleosom- oktamerna struktura (dimeri etiri vrste histona) oko koje se namata DNA duine 146 pb, 95% DNA sekvenci se nasumino vee za nukleosom - nukleosomi su odvojeni veznom (linker) DNA duine od 10-100 nukleotida (prosjeno 80) - uz svaki nukleosom dolazi peti histon H1 kromatosom2. stupanj pakiranja kromatinske niti solenoid promjera 30 nm, DNA (nukleosomi) spontano formira solenoidnu strukturu u sustavima razliitih ionskih jakosti histon H1 odgovoran za zbliavanje nukleosoma3. stupanj pakiranja stvaranje omama slinih struktura savijanje kromatinskih niti u ome i vezanje krajeva omi za proteine smjetene u osi kromosoma svaka oma sadri 20 000-100 000 nukleotida genska uputa4. stupanj pakiranja pojedina podruja omastih struktura se dodatno savijaju i namataju vidljive svjetlosnim mikroskopom metafazni kromosom- heterokromatin - satelitna DNA sljedovi od 150 -500 pb uzastopno se ponavljaju i po nekoliko tisua puta - centormer pericentromerno podruje - telomere telomerno i subtelomerno podruje- interkalarno du krakova kromosomapolarna organizacija kromosoma u interfazi Rabl konfiguracija centromeri i telomere na suprotnim polovim

- svaki kromosom zauzima odreeno podruje unutar jezgre - vezani su za jezgrinu ovojnicu - aktivni geni periferno uz kanale jezgrinog matriksa koji odvajaju kromosome - organizacija i raspored kromosoma u jezgri ovisi o poloaju heterokromatina na kromosomu heterokromatin se vee uz jezgrinu ovojnicu - kromosomi zauzimaju odreeni teritorij kromosomske domene- Drosophila Rabl kofiguracija, nema povezanosti izmeu razine ekspresije i poloaja gena du kromosoma - radijalni poloaj - sisavci - prema gustoi gena : - kromsomi vee gustoe gena sredite jezgre - kromosomi manje gustoe gena- vie periferno - evolucijski konzervirano - prema veliini kromosoma - veliki kromosomi na periferiji - relativni poloaj preferiraju odreeno mjesto u jezgri s relativnom meusobnom udaljenou mitotska rozeta - homologni kormosomi 90 stupnjeva ili nasuprot - poloaj kromosoma u interfazi ovisi o vrsti, tipu stanica, diferenciranosti ulozi stanicejezgrica sinteza ribosomske rRNA - ekscentrino postavljena, odvojena od ostalog dijela nukleoplazme, veliine 1-5 mikro m - elektronskim mikroskopom vidljiva kao gusta zrnata i nitasta masa - sredinji nitasti dio - rDNA i enzimi okrueni slojem guste nukleolarne komponente - prepisivanje rDNA u rRNA - vanjski zrnati (amorfni) dio - preribosomske estice (poetni stadij pakiranja ribosomske RNA) -nukleolarni orgnaizatori (NOR) - specijalizirana podruja na pojedinim kromosomima odgovorni za formiranje jezgrica viestruke kopije gena koji kodiraju sintezu rRNA - broj jezgrica je karakteristian za svaku vrstu i ovisi o broju NOR-ova - NOR-ovi se nalaze u podruju sekundarnog suenja kromosoma (primarno suenje = centromer) - prepisivanje 18S-5.8S-28S rRNA kao jedna molekula katalizira RNA polimeraza I - 45S prekursor pre-rRNA preribosomska estica - sinteza 5S rRNA izvan jezgrice katalizira RNA polimeraza III, 5S rRNA ulazi u jezgricu preribosomska estica - ribosomski proteini sinteza u citoplazmi katalizira RNA polimeraza II iz citoplazme u jezgricu zajedno sa rRNA formiraju preribosomske esticeribosomi - mjesto sinteze proteina - enzimi koji kataliziraju sintezu proteina graeni od rRNA i proteina - estice koje se taloe ultracentrifugiranjem, karakteriziraju se po brzini sedimentacije (70S i 80S) - E. coli sadri oko 20 000 ribosoma, st. sisavca i do 10 milijuna - sposobnost samoorganizacije - u in vitro uvjetima rRNA i proteini se organiziraju u funkcionalnu strukturu - nastaju u podruju jezgrice - za katalitiku aktivnost ribosoma kljuna je rRNA, a ne proteini kako se ranije misliloStanini ciklus i kontrola- ivo nastaje iz ivoga - sposobnost organizama da reproduciraju sami sebe - Rudolf Virchow (njemaki fiziar) 1885.g. gdje postoji stanica tu mora biti prije postojeih stanica, kao to ivotinja nastaje iz ivotinje odnosno biljka iz biljke tako stanica nastaje iz stanice Omnis cellula ex cellula - perpetuum ivota - razmnoavanju stanica - diobi stanica - dvije stanice nastale diobom iz jedne stanice mogu predstavljati cijeli organizam - jednostanini organizmi - dioba stanice omoguuje rast i razvitak mnogostaninog organizma iz jedne jedine stanice oploene jajne stanice - dioba stanica - kontrolirana molekulom DNA, odnosno genetikim materijalom. - tijekom diobe stanica stvara kopiju svih gena i razdvaja ih u dvije novonastale stanice keri - stanica stvara identinu kopiju same sebe- Meselson i Stahl (1958) eksperimentalno su dokazali da se DNA u bakterije Escherichia coli udvostruuje na semikonzervativan nain - to vrijedi i za sve ostale organizme - svaka nova molekula ima jedan stari (originalni) i jedan novi lanacrazmnoavanje bakterija - binarno cijepanje - kromosom u obliku krune molekule DNA udvostruavanje (replikacija) DNA za oko 40tak minuta - stanina membrana ukljuena u diobu omoguuje pravilno razdvajanje kromosoma u dvije novonastale stanice - prije replikacije DNA kromosom se vee za membranu - proces replikacije poinje na tono odreenom mjestu na kromosomu (mjesto inicijacije origin of replication) i nastavlja se u istom smjeru du oba lanca roditeljskog kromosoma novonastali kromosomi ostaju vezani za membranu - nakon zavretka replikacije mjesta vezanja se razdvajaju uslijed rasta stanice - odvajanje stanica stvaranjem membrane - binarnim cijepanjem nastaju dvije stanice keri s genetiki identinim dvolananim molekulama DNA bakterijska kolonija na agarskoj ploi predstavlja klon (skupina genetiki identinih stanica nastalih binarnim cijepanjem) - plazmidi krune molekule DNA, mogu se nalaziti u razliitom broju kopija, nejednako se rasporeuju u nove stanice keristanini ciklus dioba eukariotske stanice - etiri usklaena procesa: 1. rast stanice 2. reduplikacija DNA 3. razdvajanje dupliciranih kromosoma 4. dioba stanice

1. stanica poveava svoju masu i koliinu organela udvostruavanje ribosoma, ER, mitohondrija, kloroplasta, centriola kontinuirani proces 2. reduplikacija DNA ograniena je na jednu fazu staninog ciklusa 3. raspodjela velikog broja gena eukariotske stanice u stanice keri olakana je organizacijom i rasporedom gena grupiranih u kromosome i odvija se kroz niz sloenih dogaaja stanina dioba 4. stanica udvostruuje kromosome, a procesom mitoze udvostrueni kromosomi se razdvajaju u dvije stanice keri - nakon mitoze slijedi dioba citoplazme ili citokineza

stanini ciklus - slijed dogaaja izmeu dviju dioba stanica od formiranja dviju stanica do ponovne podjele dviju stanica: - stanica udvostrui citoplazmu zajedno s organelima i DNA - jezgra s udvostruenim kromosomima se podijeli mitoza - prije kraja mitoze podijeli se citoplazma citokineza - mitoza + citokineza = M faza (mitotska faza) - vrijeme izmeu dviju mitotskih faza - interfaza - trajanje staninog ciklusa je razliito i ovisi o vrsti stanice i njenom fiziolokom statusu - neke stanice se dijele vrlo brzo (jednom u sat vremena)- kod drugih stanini ciklus traje due od jednog dana- neke stanice u mnogostaninih organizama, kada se jednom diferenciraju, vie se ne dijele (npr. ivane stanice)

interfaza - najvaniji period u staninom ciklusu - 90% staninog ciklusa - biokemijska aktivnost (rast i metaboliki procesi) - udvostruavanje (reduplikacija) DNA S faza - G1 faza (first gap) period prije replikacije - G2 faza (second gap) period nakon replikacije, priprema za mitozu inerfaza kromosomi u G1 fazi su jednostruki jedna molekula DNA (dvostruka zavojnica) kromosomi u S fazi udvostruavanje i stvaranje sestrinskih kromatida svaka kromatida jedna molekula DNA- kromosomi nisu vidljivi rahlo pakirani u strukturu kromatinskih niti - centrioli s vanjske strane jezgre mitoza slijed dogaaja koji je jedinstven u svih eukariota - etiri faze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza profaza: - nestaju jezgrice - kromatinske niti se kondenziraju - na kraju profaze na svakom udvostruenom kromosomu postaju vidljive sestrinske kromatide - formiranje diobenog vretena - razdvajanje centriola i kretanje prema polovima - fragmentiranje jezgrine ovojnice, disociranje jezgrinih pora, depolimerizacija jezgrine lamine - mikrotubuli diobenog vretena veu se za kinetohore (centromer) na sestrinskim kromatidama metafaza: - par centriola nalazi se na polovima - promosomi se nalaze u metafaznoj ploi (sredina izmeu dva polova) - centromeri svih kromosoma nalaze se u metafaznoj ploi - kinetohori sastrinskih kromatida okrenuti su prema polovima stanice - identine kromatide (sestrinske kromatide) svakog kromosoma povezane s kinetohornim nitima okrenute su prema suprotnim polovima anafaza: - razdvajanje sestrinskih kromatida u podruju centromera - kromatide predstavljaju kromosome - niti diobenog vretena pomiu anafazne kromosome prema suprotnim polovima; kinetohorne niti se skrauju - svi kromosomi na polovima kraj anafaze telofaza: - polarne niti diobenog vretena se izduuju rasteui stanicu - na polovima se formiraju dvije jezgre keri - formira se jezgrina ovojnica iz dijelova roditeljske ovojnice i ER - pojavljuju se jezgrice - despiralizacija kromosoma u kromatinske niti - zavretak ekvacijske diobe kojom nastaju dvije identine stanice keri citokineza dioba citoplazme - razgradnja i ponovno formiranje ovojnice - formiranje diobenog vretena - formiranje kinetohora i vezanje za centromer razgradnja jezgrine ovojnice - fragmentiranje jezgrine ovojnice u vezikule - disociranje jezgrinih pora - depolimerizacija jezgrine lamine

- depolimerizacija jezgrine lamine - razgradnja filamenata do pojedinanih dimera lamina fosforilacijom fosforilacija lamina katalizirana protein-kinazom Cdc2 (regulator mitoze)- razgradnja jezgrine ovojnice fragmentiranje u vezikule - uz vezikule se veu lamini tipa B (A i C tipovi lamina slobodni u citosolu) - lamini tipa B modificirani dodatkom lipida- ponovno formiranje jezgrine ovojnice - vezanje vezikula na povrinu kromosoma - stapanje vezikula i formiranjem ovojnice oko kromosoma - formiranje kompleksa jezgrinih pora, lamine, dekondenzacija kromosoma diobeno vreteno - mikrotubuli citoskelet mikrotubuli uz plazmatsku membranu- odravaju oblik stanice po njima se pokreu organeli u stanici formiraju diobeno vreteno pokretanje bieva i trepetljika energija se oslobaa hidrolizom GTP-a uplje cjevice promjera 25 nm, duine 20 nm-25m globularni proteini tubulin; -tubulin i -tubulin (podjedinice) graevne jedinice mikrotubula su heterodimeri graeni od - i -tubulina povezani nekovalentnim vezama izduivanje mikrotubula dodavanjem dimera novi mikrotubuli nastaju stvaranjem ravne ploe dimera tubulina organiziranih u 13 stupaca (protofilamenti) koja se zamata i poprima cjevasti oblik dimeri se mogu razdvojiti i graditi nove mikrotubule centrosom- jedinstven organizacijski centar mikrotubula u animalnim stanicama u blizini jezgre- matriks centrosoma i centrioli devet skupina sa po tri mikrotubula poredanih u prsten centrioli sudjeluju u diobi stanice i formiraju bazalno tjelece bieva i trepetljika- centrioli zajedno s matriksom centrosoma dijele se tijekom stanine diobe na polove odlaze jedan stari i jedan novi centriol - gljive i dijatomeje - organizacija mikrotubula - organizacijski centar u jezgrinoj ovojnici (polarno tjelece diobenog vretena) - biljke mikrotubuli organizirani oko jezgrine ovojnice (nema centriola)diobeno vreteno - graeno od mikrotubula - organizacijsko sredite diobenog vretena = organizacijsko sredite mikrotubula - rast mikrotubula od centrosoma prema periferiji dodavanjem molekula tubulina na + polu - razdvajanje centrosoma u profazi stvaranja zrakastih mikrotubula (nemaju ih biljne stanice) - razdvajanje polova klizanjem polarnih mikrotubula u podruju kontakta polarnih mikrotubula - kinetohorni mikrotubuli veu se za kinetohor skraivanje (depolimerizacija) mikrotubula kromosomi prema polovima kinetohor- mjesto vezanja diobenog vretena (kietohorne niti) za kromosom - nastaje tijekom kasne profaze - vieproteinski kompleks trilaminarna ploasta struktura - broj mikrotubula koji se veu za kinetohor vrsno je specifian u ljudi 20-40, u u kvasca samo jedan - binarno cijepanje u bakterija vezanje bakterijskog kromsoma za plazmatsku membranu - izduivanje stanice razdvaja kromosome

- eukarioti (jednostanine alge dinoflagelati) kromosomi u jezgri - mitoza se odvija unutar jezgrine ovojnice - kromsomi su vezani za jezgrinu ovojnicu - mikrotubuli ulaze u jezgru kroz citoplazmatske tunele i odreuju orjentaciju jezgre koja se dijeli fizijom slino bakterijama

- eukarioti (jednostanine alge diatomeje) dioba unutar jezgrine ovojnice - mikrotubuli formiraju diobeno vreteno unutar jezgre - mikrotubuli razdvajaju kromosome i nastaju dvije jezgre keri

- veina eukariota (biljke i ivotinje) diobeno vreteno se formira izvan jezgre - fragmentiranje jezgrine ovojnice - mikrotubuli razdvajaju kromosome - jezgrina ovojnica se ponovno formira- bioloko znaenje mitoze je u tome to iz jedne stanice-majke nastaju dvije stanice-keri s jednakim brojem kromosoma i jednakom genetikom uputom- mitoza osigurava kontinuitet nasljedne tvari- bez udvostruenja genetikog materijala i bez njegove precizne razdiobe na stanice-keri konstantnost vrsta ne bi bila moguaKontrola staninog ciklusa- za normalan rast, razvitak i odravanje svakog organizma vano je pravovremeno odvijanje staninih dioba kao i njihova uestalost - dioba stanice regulirana i koordinirana staninim rastom i replikacijom DNA -stanice koe mogu se dijeliti cijeli ivot - ivane i miine stanice se ne dijele ve se nalaze u G1 fazi (ivane stanice) odnosno u G2 fazi (miine stanice) - unoenje jezgara tih stanica u stanicu koja se nalazi u S fazi zaustavlja stanini ciklus - fuzija miinih stanica sa stanicama koje se mitotski dijele uzrokuje diobu miinih stanica

- utvrivanje imbenika kontrole staninog ciklusa - istraivanja u kulturi stanica i tkiva u odreenim uvjetima, na hranidbenim podlogama (eer, vitamini, aminokiseline) i uz prisutnost hormona (reglatora rasta) stanica se moe potaknuti na diobu kontrolirani uvjeti omoguuju praenje djelovanja pojedinih imbenika - kontrolne toke regulacija napredovanja staninog ciklusa1. kontrolna toka prijelaz stanice iz G1 u S fazu 2. kontrolna toka prijelaz stanice iz G2 u M fazu 3. kontrolna toka pravilna segregacija kromosoma u mitozi- kontrolne toke u G1 i G2 fazi otkrivaju oteenu i nerepliciranu DNA i koordiniraju stanini ciklus dovravanjem replikacije DNA ili popravkom - kontrolna toka u S-fazi provjera integriteta DNA (utvrivanje oteenja i popravak) - kontrolna toka G2 ne daje signal za ulazak u mitozu dok nije zavrena replikacija DNA nereplicirana mjesta su signal za zaustavljanje ciklusa (stanica u mirovanju) - oteenje molekule DNA zaustavljen stanini ciklus u G1, S, G2 popravak oteenja- kontrolne toke G1, S, i G2 faze- ivotinjske stanice kontrola izvanstaninim faktorima rasta dovodi do proliferaciije stanica - nedostatak faktora rasta stanica ulazi u Go fazu mirovanja- Schizosaccharomices pombe glavna kontrolna toka je prijelaz iz G2 u M fazu provjera veliine stanice ii dostupnost hranjivih tvari - oocite kraljenjaka zaustavljene dugi vremenski period u G2 fazi M faza potaknuta hormonima

- zaustavljanje ciklusa na kontrolnim tokama G1, S i G2 faza regulirana proteinskim kinazama ATM i ATR: - vezanje kompleksa senzorskih proteina za oteenu ili nerepliciranu DNA - aktiviranje proteinskih kinaza ATM i ATR - ATM i ATR fosforiliraju proteinske kinaze Chk2 i Chk1 - posljedica: zaustavljanje staninog ciklusa

- protein p53 u sisavaca ukljuen u zaustavljanje staninog ciklusa u G1 fazi - stabilizira se fosforilacijom - fosforiliran ATMom i Chk2 - p53 transkripcijski faktor poviena ekspresija dovodi do aktivacije ciljnih gena koji zaustavljaju stanini ciklus - tumorske stanice mutiran p53 nekontrolirana proliferacija stanicakontrolna toka diobenog vretena - odgovorna za precizan i ispravan raspored kromosoma tijekom mitoze -pravilna segregaciju kromosoma u nove stanice keri - ako se svi kromosomi ne veu za diobeno vreteno zaustavljanje mitoze u metafazi

molekularni mehanizam ograniavanja na jednu replikaciju DNA u staninom ciklusu - porodica proteina MCM - vezanje za mjesto inicijacije (ishodita) replikacije (ORC-kompleks replikacijskog ishodita) u G1 fazi -- vezanjem proteina MCM-a za ORC mjesto u molekuli DNA poetak replikacije - odvajanje MCM - ponovno vezanje MCM u slijedeem staninom ciklusu u G1 fazi regulatori napredovanja kroz stanini ciklus - faktor poticanja sazrijevanja (maturation promoting factor) MPF - citoplazmatski faktor otkriven u oocita abe potie mejozu ili sazrijevanje abljih oocita u somatskim stanicama pokree mitozu glavni regulator prijelaza iz G2 u M-fazu - proteinske kinaze i ciklini - regulacija MPF-a forsforilacija i defosforilacija - proteinske kinaze enzimi koji odvajaju fosfatnu skupinu iz ATP-a i dodaju je drugom enzimu (fosforilacija) - fosforilirani protein (moe biti neka druga kinaza) se aktivira, koncentracija stalna u stanicama koje rastu, uglavnom inaktivne- ciklini A i B periodikom akumulacijom i degradacijom kontroliraju ulazak stanice u M-fazu- ciklin-ovisne-kinaze aktiviraju se kada se veu za protein ciklin - koliina ciklina u stanici raste do momenta vezanja za kinazu - vezanjem ciklina za kinazu dolazi do razgradnje ciklina jer kinaze aktiviraju enzime koji razgrauju cikline-ciklini A i B periodikom akumulacijom i degradacijom kontroliraju ulazak stanice u M-fazu - MPF Cdc2 (ciklin ovisna kinaza) i ciklin B ciklin B je regulatorna podjedinica potrebna za katalitiko djelovanje ciklin ovisne kinaze Cdc2- fosforilacija Thr161 aktivira kinazu cdc2 - fosforilacija Thr14 i Tyr15 inaktivira kinazu cdc2 i akumulira neaktivni kompleks cdc2/ciklin B- defosforilacija Tyr14 i Thr15 potie prelazak iz faze G1 u M- aktivacija kompleksa Cdk/ciklin fosforilacijom treonina na poloaju 160 - Cdc2 i Cdk2 inhibirani fosforilacijom treonina na poloaju 14 i tirozina na poloaju15 - Cdk2 kontrolira vezanje inhibitora na kompleks Cdk/ciklin (CKI)- MPF faktor ciklin/Cdk kompleks, kontrolira prijelaz G2/M - ciklini se nakupljaju u G2 fazi i veu za molekule Cdk nastali kompleks injicira mitozu fosforilacijom razliitih proteina preko fosforilacije kinaza koje zapoinju proces: 1. kondenzacije kromosoma 2. razgradnju jezgrine ovojnice 3. formiranje diobenog vretena 4. fragmentacija GK i ER - MPF se inaktivira poticanjem procesa razgradnje ciklina djelovanjem proteolitikih enzima - proteolitiki enzimi su ukljueni u odvijanje mitoze kontrolna toka diobenog vretena (razdvajanje sestrinskih kromatida) razgradnja proteina (kohezini) koji sestrinske kromatide dre zajedno

- S-kinaza zapoinje proces replikacije DNA kada se vee za S-ciklin - vezanje kinaze i ciklina dovodi do razgradnje S-ciklina i inaktivacije S-kinaze - M-kinaza pokree mitozu vezanjem za M-ciklin- u normalnim stanicama kompleks ciklin/ciklin ovisne kinaze radi samo u prisutnosti regulatora rasta - kontrola stanine diobe ne funkcionira u kancerogenim stanicama nefunkcionalni ciklini mogu se vezati za kinaze i onda kada regulator rasta nije prisutan nekontrolirana dioba stanice i stvaranje tumora onkogeni - Ras gen (onkogen) odgovoran za proliferaciju stanica - tumor supresor geni sprjeavaju stvaranje karcinoma - p53, Rb - tumor supresor geni kodiraju proteine koji se veu s kompleksom ciklin/ciklin ovisnih kinaza te sprjeava aktivnost kinaze Kariotip, mejoza i endoreduplikacija- kromosomi se meusobno razlikuju po veliini, poloaju centromera, poloaju sekundarnih suenja i dr. - kariotip skup svih kromosoma u stanici - u somatskim stanicama svi kromosomi se nalaze u parovima, morfoloki identini parovi kromosoma (homologni kromosomi) jedan set kromosoma porijeklom od majke, drugi od oca - diploidne stanice dva seta kromosoma (somatske stanice) - haploidne stanice jedan set kromosomaMejoza-oplodnjom jajne stanice nastaje zigota mitotskom diobom tijekom embriogeneze nastaje odrasli organizam stvara gamete u reproduktivnim organima (stanice germinacijske linije) - gamete nastaju mejozom redukcija broja kromosoma gamete sadre polovian (haploidan) broj kromosoma - ivotni ciklus organizama koji se spolno razmnoavaju izmjena diploidne i haploidne faze

- dvije diobe mejoza I i mejoza II 1. replikacija (udvostruavanje) DNA diploidna stanica 2. mejoza I redukcijska dioba redukcija broja kromosoma 2 haploidne stanice 3. mejoza II ekvacijska dioba (mitoza) 4 haploidne stanice - gametogeneza proces kojim nastaju gamete - interfaza udvostruavanje kromosoma - formiranje sestrinskih kromatida spojenih u podruju centromera, udvostruavanje centriola (animalne stanice)Profaza I leptoten kondenzacija kromosoma, vezanje kromosoma za jezgrinu ovojnicu zigoten sparivanje homolognih kromosoma, stvaranje sinapsi pahiten precizno sparivanje kromosoma cijelom duinom, kondenzacija i skraivanje, hijazme lom kromosoma, izmjena nesestrinskih kromatida crossing overdiploten/dijakineza - odvajanje kromosoma od jezgrine ovojnice, fragmentiranje jezgrine ovojnice, kromosomi u parovima (bivalenti), vidljive hijazme, pomicanje kromosoma prema metafaznoj ploi pomou niti diobenog vretena

metafaza I- bivalenti u metafaznoj ploi, kinetohorne niti vezane za kinetohor, centromeri svakog kromosoma u bivalentu okrenuti su prema polovima anafaza I - kinetohorne niti pomiu homologne kromosome prema suprotnim polovima, sestrinske kromatide su spojene u podruju centromera telofaza I - dekondenzacija kromosoma, na svakom polu haploidan broj kromosoma, citokineza

mejoza II- ako je dolo do interkineze (interfaza izmeu dviju dioba) tijekom profaze II dolazi do fragmentiranja jezgrine ovojnice, nestaje jezgrica, stvara se diobeno vreteno, kromosomi se kondenziraju i poprimaju oblik kao u mitozi, svaki kromosom ima dvije sestrinske kromatide - kromosomi se pomiu prema metafaznoj ploi (metafaza II) - sestrinske kromatide se odvajaju i odlaze prema suprotnim polovima (anafaza II) - kromosomi se dekondenziraju (telofaza II) - poinje citokineza, nastaju etiri stanice s haploidnim brojem kromosoma- crossing over izmjena nesestrinskih kromatida - sinapsis sparivanje kromosoma izuzetno precizno isti geni du oba homologna kromosoma jedan uz drugog- u proces crossing overa ukljuena proteinska struktura sinaptonemski kompleks- rekombinacijski vor odgovoran za stvaranje hijazmi - rekombinaciju potiu dvolanani lomovi leptoten endonukleaza Spo11 jednolanana DNA napada homologni kromosom na temelju komplementarnog sparivanja baza

- izmjena genetikih informacija izmeu homologa diploten -jedan dio kromatide izmjeni mjesto s istim dijelom druge kromatide crossing over (homologna rekombinacija)Kromosomi u istraivanju organizacije genoma- bojanje fluorescencijskim bojama (fluorokromi) - 4-6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) AT parovima baza bogate sljedove u molekuli DNA - Kromomicin A3 - Quinakrin, Mitramicin - GC parovima baza bogate sljedove u molekuli DNA

- poloaj i koliina dijelova ili cijele genomske DNA u eukariotskom kromosomu moe se odrediti metodom DNA: DNA hibridizacije - Fluorescencijska hibridizacija in situ (FISH) i/ili Genomska hibridizacija in situ (GISH)

- plazmidna DNA s ugraenom sekvencom ili genomska DNA koju elimo hibiridizirati na kromosom - sonda -> obiljeavanje sone flu. bojom -> denaturacija sonde -> nanoenje denaturirane sonde na preparate s denaturiranim kromosomima > hibridizacija -> ispiranje - interfaza ili metafazni kromosomi -> denaturacija kromosoma -> nanoenje denaturirane sonde na preparate s denaturiranim kromosomima > hibridizacija -> ispiranjeEndoreduplikacija- endoreduplikacija (endomitoza) - udvostruenje DNA nakon kojeg ne slijedi dioba jezgre niti citokineza- rezultat endoreduplikacije moe biti: endopoliploidija - povean broj kromosoma, 2n 4n 8n 16n 32n 64n politenija (divovski kromosomi) - broj kromosoma ostaje nepromijenjen, ali svaki kromosom se sastoji od brojnih DNA molekula (nakon 10 endoreduplikacijskih ciklusa 1024 DNA po kromosomu)

- divovski ili politeni kromosomi u stanicama lijezda slinovnica vinske musice (Drsophila melanogaster) - etiri para homolognih kromosoma, svaki kromosom je sparen sa svojim homologom - svi kromosomi su meusobno povezani u podruju centromera. - stupanj spiralizacije kromosoma odgovara interfaznom te su stoga kromosomi znatno dulji nego u metafazi mitoze - deblji su zato jer se sastoje od poveanog broja kromosomskih niti (kromonema) - niz kromomera ini tamne vrpce koje su odvojene svjetlim podrujima)- nabreknua (engl. puffs) - slijed fotografija tijekom razvoja liinke vinske muice - poloaj puffova se mijenja kako se mijenja aktivnost gena - transkripcijski aktivan kromatin ima izgled puffa -> akumulacija radioaktivno obiljeenog uridina - hormonom ekdisonom mogue je eksperimentalno inducirati pojavu nabreknua- nabreknua nastaju dekondenzacijom kromosoma na dijelu koji odgovara aktivnom genu (transkiripcija)- vrste puffova obzirom na procese u kojima su pojedini geni aktivni : puffovi karakteristini za pojedine razvojne stadije - 80% u vinske muice, - 20% u Chironomus tkivno specifini puffovi konstitutivni puffovi cijelo vrijeme aktivni u pojedinom tkivu puffovi inducirani uvjetima okolia promjena temperature i sl. - Lampbrush kromosomi - karakteristika oocita vodozemaca omasta struktura (etkasti izgled) kromosoma ome su prekrivene matriksom molekule RNA i predstavljaju mjesta transkripcijski aktivnih gena ome su isprueni dijelovi kromosoma slino puffovima politenih kromosoma

Put prijenosa signala

prijenos signala komunikacija meu stanicama- stanice kvasca Saccharomycescerevisiae koriste kemijske signale prilikom prepoznavanja odgovarajueg partnera dva tipa spola ili sparivanja tip a i tip - stanice tipa a otputaju kemijski signal afaktor koji se vee za receptor susjedne stanice tipa sparivanja- istovremeno stanice tipa otputaju kemijski signal faktor koji se vee za receptor protein na stanici a tipa sparivanja oba faktora su polipeptidi od 12 aminokiselina vezanje faktora za receptore fuzija (sparivanje) stanica diploidna stanica a/

- proces kojim se signal na povrini stanice mijenja u specifian stanini odgovor sastoji se od niza koraka molekularna osnova prijenosa signala u kvasaca i animalnih stanica iznimno je slina usprkos injenice da je njihov zajedniki predak ivio prije milijardu godina slinosti izmeu bakterija i biljaka govore da su rani oblici mehanizama prijenosa staninih signala, koje stanice danas koriste, evoluirali prije pojave prvih mnogostaninih organizama na Zemlji

lokalni prijenos signala i prijenos signala na daljinu- u animalnih stanica postoje dvije vrste lokalnog kemijskog prijenosa signala: - parakrini prijenos signala i prijenos putem sinapsi- parakrinom prijenosu signala kemijski glasnici djeluju na susjedne stanice - stanica koja odailje signal izluuje molekule lokalnog regulatora u izvanstaninu tekuinu- u prijenosu signala putem sinapsi ivane stanice isputaju neurotransmitere u podruje sinapsi koje se nalaze izmeu ivane stanice koja odailje signal (elektrini impuls) i ciljne stanice (druga ivana stanica)

prijenos signala hormonima- udaljene stanice endokrine stanice lue hormone krvlju odlaze do udaljenih stanica u tijelu endokrini prijenos signala stanice prepoznaju i odgovaraju kemijskim signalima biljke takoer koriste hormone za prijenos signala iz jednog dijela biljke u drugi

komunikacija stanica neposrednim kontaktom- prijenos molekula izmeu dviju susjednih stanica kroz : - pukotine (animalne stanice) - plazmodezmije (biljne stanice)- komunikacija izmeu dviju animalnih stanica putem interakcije molekula koje se nalaze na povrini stanice

- Earl W. Sutherland i sur. Vanderbilt University Nobelova nagrada 1971.g. animalni hormon epinefrin ukljuen u razgradnju (depolimerizaciju) priuvnog polisaharida glikogena u stanicama jetre i miinim stanicama depolimerizacijom glikogena oslobaa se eer glukoza1fosfat kojeg stanica pretvara u glukoza6fosfat- fosfat se odvaja od eera, eer odlazi krvlju do razliitih dijelova organizma gdje se koristi kao izvor energije epinefrin stimulira razgradnju glikogena aktivacijom enzima glikogen fosforilaze u uvjetima in vitro (u epruveti) epinefrin ne depolimerizira glikogen u prisutnosti glikogen fosforilaze epinefrin aktivira enzim samo u prisutnosti intaktnih stanicaepinefrin nije u neposrednoj interakciji s enzimom odgovornim za razgradnju glikogena proces se sastoji od jednog ili nekoliko meukoraka plazmatskamembrana je ukljuena u prijenos epinefrinskog signala- Sutherlandov rezultat je ukazao da se prijenos epinefrinskog signala odvija u tri stupnja:1. prijem signala2. prijenos (transdukcija) signala3. odgovor stanice

Tri stupnja prijenosa signala1. prijem signala ciljna stanica detektira signal koji dolazi izvan stanice; kemijski signal je detektiran kada se signalna molekula vee za stanini receptor protein koji se nalazi na povrini stanice2. vezanje signalne molekule uzrokuje promjenu receptor proteina ime se potakne prijenos (transdukcija) signala; transdukcija pretvara signal u oblik koji moe dovesti do specifinog odgovora stanice u jednoj ili kroz seriju promjena razliitih molekula put prijenosa signala; molekule u tom putu prijenosa nazivaju se odailjai3. promijenjeni signal pokree specifian stanini odgovor; aktivacija glikogen fosfataze, rearaniranje citoskeleta, aktivaciija specifinog gena u jezgri i sl.; prava stanica u pravo vrijeme precizno koordinira aktivnosti s ostalim stanicama u organizmu- kada doe do prihvaanja signala na plazmatskoj membrani, prijenos signala se odvija putem nekoliko koraka u kojima svaka molekula dovodi do promjene sljedee molekule u nizu, a posljednja molekula u tom nizu pokree stanini odgovor

primanje signala i poticanje prijenosa signala (transdukcije)- vezanje signalne molekule za protein receptor receptori ciljne stanice prepoznaju signalnu molekulu ligand (male molekule koje se specifino veu na vee molekule) koja se vee za specifino mjesto na receptoru i uzrokuje promjenu konfiguracije receptora promjena konfiguracije aktivira receptor koji djeluje na drugu molekulu u stanici

tri vrste membranskih receptora:- G-protein vezujui receptori: - struktura Gproteinvezujuih receptora - sekundarna struktura; pojedinani polipeptid ima sedam transmembranskih heliksa; - specifine petlje odgovaraju mjestima vezanja signalnih molekula i Gproteina - funkcioniranje Gprotein vezujuih receptora receptor protein G protein enzim u plazmatskoj membrani (receptor) kada nema izvanstaninog signala specifinog za receptor, sva tri proteina su u inaktivnom obliku za inaktivni Gprotein vezana je molekula GDP vezanje signalne molekule za receptor mijenja konformaciju receptor proteina vezanje Gproteina za receptor dovodi do aktivacije Gproteina -> vezanje molekule GTP za Gprotein

- G- protein se kree du plazmatske membrane do enzima - vezanje G- proteina za enzim i aktivacija enzima aktivirani enzim pokree sljedei korak u putu prijenosa signala koji dovodi do odgovora stanice- Gprotein radi i kao enzim GTPaza koji katalizira hidrolizu GTPa ponovno nastaje GDP, Gprotein se inaktivira, odvaja od enzima i postaje spreman za prihvat novog signalatirozin kinazni receptori:- kao samostalni polipeptidi u plazmatskoj membrani u odsutnosti specifinih signalnih molekula dio proteina na izvanstaninoj strani membrane predstavlja mjesto vezanja za signalnu molekulu i povezan je transmembranskim heliksom s proteinom koji se nalazi na citoplazmatskoj strani membrane taj dio je odgovoran za aktivnost tirozinkinaznog receptora i sadri nekoliko aminokiselina tirozin signalna molekula (hormon rasta) napada vezajue mjesto, dva polipeptida agregiraju stvarajui dimer tirozinkinazni dio svakog polipeptida koristei fosfatnu skupinu iz ATPa fosforilira tirozine na drugom polipeptidudimer radi i kao enzim i kao supstrat aktivirani receptor protein vee se za specifine unutarstanine proteine proteini se veu za odreene fosforilirane tirozine i postaju aktivni aktivirani proteini mogu pokrenuti put prijenosa signala specifini stanini odgovor mogu pokrenuti nekoliko razliitih puteva odjednomionkanalni receptori: signal receptori su transmembranski proteini u plazmatskoj membrani koji se otvaraju doputajui protok specifine vrste iona (npr. Na+i Ca2+) kroz membranu kada se specifine signalne molekule veu na izvanstaninu stranu proteina promjena konformacije ionkanalnih proteina i proputanje iona u stanicu dovodi do promjene koncentracije iona u stanici to pokree stanini odgovor

put prijenosa (transdukcija) signala transdukcija se odvija u vie koraka amplifikacija aktivnih molekula na kraju puta mali broj izvanstaninih signalnih molekula moe stvarati jak stanini odgovor put prijenosa u vie koraka omoguuje bolju koordinaciju i regulaciju razliitih aktivnosti stanicefosforilacija proteina glavni je pokreta prijenosa signala- fosforilacijska kaskada: 1. vezanje signalne molekule za membranski receptor 2. aktivacija molekula odailjaa 3. aktivacija proteinskih kinaza prijenosom fosfatne skupine (fosforilacija) 4. proteinska kinaza 3 aktivira protein odgovoran za konani odgovor stanice na signal- defosforilacijom se inaktiviraju kinaze i protein proces kataliziran enzimom fosfataza- fosfataza se akumilira u stanici kad nema izvanstaninog signala- sekundarni glasnici male neproteinske molekule topive u vodi ili ioni, brzo se ire po stanici difuzijom: cikliki adenozin monofosfat (cAMP) i ioni kalcija- cAMP nastaje iz ATPa pomou enzima adenilil ciklaze koji se nalazi u plazmatskoj membrani - enzim se aktivira vezanjem signalne molekule (npr. hormon epinefrin) za membranski receptor - cAMP kao sekundarni glasnik odailje signal do metabolike mainerije u citoplazmi nakon ega se inaktivira pomou enzima fosfodiesteraze i prelazi u AMP

- cAMP je komponenta mnogih Gprotein signalnih puteva: 1. signalna molekula (primarni glasnik) aktivira Gprotein vezujui receptor koji 2. aktivira specifian Gprotein 3. Gprotein aktivira adenilil ciklazu koja katalizira pretvorbu ATP u cAMP 4. cAMP aktivira sljedei protein proteinska kinazaA

ioni kalcija i inozitol trifosfat signalne molekule (neurotransmiteri, faktori rasta) potiu odgovore u ciljnim stanicama putem prijenosa signala koji poveavaju koncentraciju iona kalcija u citosolu kalcij se ee koristi kao sekundarni glasnik nego cAMP; poveanje koncentracije kalcija uzrokuje kontrakciju miia, izluivanje tvari, sudjeluje u staninoj diobi; u biljaka sudjeluje u prilagoavanju na uvjete okolia (sua, hladnoa) stanice koriste kalcij kao sekundarni glasnik u Gproteinvezujuim putevima prijenosa signala i putu tirozinkinaze ioni kalcija aktivno se prenose iz citosola pomou ionskih crpki crpke u plazmatskoj membrani premjetaju Ca2+ u izvanstaninu tekuinu, dok ga crpke u membrani ER premjetaju u lumen ER na taj nain se postie da koncentracija kalcija u citosolu bude nia od one u izvanstaninoj tekuini kalcijeve crpke u unutarnjoj membrani mitohondrija rade kada razina kalcija u citosolu znaajno poraste kao odgovor na signal, razina kalcija u citosolu moe se poveati mehanizmom otputanja kalcija iz ER putevi koji dovode do otputanja kalcija ukljuuju sekundarne glasnike diacilglicerol (DAG) i inozitol trifosfat (IP3)kalcij i inozitol trifosfat (IP3) u putu prijenosa signala- Ca2+ i IP3 su sekundarni glasnici u mnogim putevima prijenosa signala 1. vezanje signalne molekule na Gproteinvezajue receptore ili tirozinkinazne receptore 2. aktivacija enzima fosfolipaza C 3. enzim cijepa membranski fosfolipid PIP2 u diacilglicerol (DAG) i IP3 4. IP3 brzo difundira kroz citosol i vee se za ligand, otvor kalcijeva kanala u membrani ER, i otvara ga 5. kalcijevi ioni izlaze iz ER niz konc. gradijent 6. kalcijevi ioni aktiviraju sljedei protein u jednom ili nekoliko razliitih puteva prijenosa signala najee preko kalmodulina

stanini odgovor na signale- put prijenosa signala regulira jednu ili vie staninih aktivnosti (rearanmani citoskeleta, otvaranje i zatvaranje ionskih kanala, stanina dioba, metaboliki procesi)- primjer: odgovor stanice jetre na hormon epinefrin (signalna molekula) je regulacija metabolizma stanine energije krajnji korak u putu signala aktivira enzim koji katalizira razgradnju glikogena

poticanje razgradnje glikogena epinefrinom- epinefrin preko Gproteinvezajuih receptora aktivira molekule odailjae, ukljuujui cAMP i dvije proteinske kinaze- konani protein koji se aktivira je enzim glikogen fosforilaza koja stvara glukoza1fosfat- amplifikacija signala kroz aktivaciju velikog broja molekula Gproteina svaka molekula u putu djeluje na mnogo molekula supstrata, odnosno, sljedeih molekula u kaskadi

- neki signalni putevi reguliraju sintezu enzima ili drugih proteina ukljuujui ili iskljuujui specifian gen transkripcijski faktori kontroliraju koji e gen biti prepisan u mRNA- faktor rasta aktivira receptor i pokree fosforilacijsku kaskadu; posljednja proteinska kinaza u nizu ulazi u jezgru i aktivira transkripcijski faktor nakon ega slijedi prepisivanje specifinog gena u mRNA, odnosno, sintezu proteina u citoplazmi

16