Informacioni molekuli

1. DNK, RNK, ПРОТЕИНИ

2.  Да би неки биомакромолекул могао да буде
носилац и преносилац генетичке информације он
мора да испуни следеће услове:
 ОВЕ УСЛОВЕ ИСПУЊАВА ДНК
1. Мора да носи информацију
 Генетички код
2.Мора да има способност реплицирања
 ДНК репликација
3.Мора да обезбеди промене информације
 Мутације
4.Мора да утиче на експресију фенотипа.
 Генска функција (транслација)

3.  Током 19. века па све до открића секундарне
структуре ДНК (Вотсона и Крик) сматрало се да су
протеини одговорни за пренос наследних
информација из генерације у генерацију.
 Тешко је било замислити да молекул који се састоји од
само четири градивна елемента може да буде
носилац генетичке информације.
 У прилог оваквом мишљењу ишла је и чињеница да
хромозоми садрже по тежини мање ДНК него
протеина.
 Алфабет од 20 “слова” од којих су сачињени протеини
чинио се вероватнијом структуром за пренос
информација у односу на алфабет од 4 “слова” од
којих је сачињена ДНК.

4. ПРИМАРНА СТРУКТУРА ДНК
 Основна градивна јединица ДНК је нуклеотид.
 Сваки нуклеотид се састоји од три компоненте :
 једног молекула азотне базе,
 једног молекула шећера пентозе (дезоксирибоза)
 једне фосфатне групе.
 Азотне базе могу бити:
 пуринске (пурини):
 аденин(А) и гуанин(G)
 пиримидинске(пиримидини):
 цитозин(C) и тимин(Т).

5. ГРАЂА НУКЛЕОТИДА

6. НУКЛЕОТИД
Дезоксирибонуклеотид
фосфат тимин
дезоксирибоза

7.  Нуклеотиди су међусобно повезани градећи
полинуклеотидни ланац.
 Везе између нуклеотида у том ланцу су
фосфодиестарске
 Остварују се тако што се трећи C-атом (C3’)
пентозе једног нуклеотида веже за пети C-атом
(C5’) пентозе наредног нуклеотида у ланцу.
 Таквим повезивањем на једном крају ланца
остаје слободна хидроксилна група везана за C3’
(тај крај се назива 3’ крај), а на другом фосфатна
група везана за C5’ атом (то је 5’ крај).
Почетак полипептидног ланца је 5' крај.

8. ПРИМАРНА СТРУКТУРА НУКЛЕИНСКИХ КИСЕЛИНА
Чини је врста, број и редослед
нуклеотида у полинуклеотидном
ланцу, повезаних јаким,
ковалентним
фосфодиестарским везама.
Такав ланац има свој 5´ и 3´ крај.

9. Варијабилност примарне
структуре ДНК је огромна
Број различитих редоследа нуклеотида
је 4n, где је n број нуклеотида који чине
ланац ДНК.
 Ако се нпр. ланац ДНК састоји од само 100 нуклеотида, било
би могуће предвидети постојање 1056 молекула са
различитим редоследом нуклеотида.
 Природни молекули ДНК састоје се од великог броја
нуклеотида (најмањи молекул ДНК имају вируси и он се
састоји од око 5000 нуклеотида) чиме се
обезбеђује огромна разноврсност
биолошких врста.

10. СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА ДНК
Секундарну структуру ДНК успели су да
одгонетну Вотсон и Крик 1953.год.
Основу те структуре чини дволанчана
завојница (спирала).
два полинуклеотидна ланца који се спирално
увијају и повезани су водоничним везама.
Два полинуклеотидна ланца су
антипаралелна што значи да се наспрам 5’
краја једног ланца налази 3’ крај другог, и
обрнуто.

12. СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА ДНК
Чине је два полинуклеотидна ланца
повезана слабим водоничним везама
преко наспрамних азотних база.
Вотсон и Крик – модел дволанчане ДНК
завојнице

15. Принцип комплементарности и
антипаралелности
 Принципи на коме се заснива секундарна структура ДНК,
омогућавају да редослед база у једном ланцу
аутоматски одређује редослед у другом.
 Ако са пентозе једног ланца полази пуринска база, са
пентозе наспрамног полази пиримидинска база која ће се
са њом везати и обрнуто.
 Базе које се везују су КОМПЛЕМЕНТАРНЕ – наспрам аденина
тимин, а наспрам гуанина цитозин и обрнуто.
 Наспрамне базе се повезују ВОДОНИЧНИМ
везама :
 А и Т су међусобно повезани са две (А=Т);
 а G и C са три (GC).

16. T
G
C
GAA
TC T
AG
T C
A A
C
G
T
5′
5′
3′
3′
Два полинуклеотидна ланца су антипаралелна што
значи да се наспрам 5’ краја једног ланца налази 3’
крај другог, и обрнуто.

17. ПРИНЦИП АНТИПАРАЛЕЛНОСТИ И КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ
Комплементарност –
спајање пуринске базе једног и
пиримидинске базе другог ланца
и то:
A-T
C-G
Антипаралелност – два
ланца оријентисана у супротном
смеру.

19. Чаргафова правила
Односи броја база у молекулу су:
 А/Т= 1 и
 G/C=1
тј. број молекула А једнак броју молакула
Т, што важи и за G и C
исто тако је и број пуринских нуклеотида
једнак броју пиримидинских нуклеотида
тј. А+G/Т+C= 1

20. Занимљиви детаљи грађе ДНК
 Фосфатне групе су окренуте према спољашњој страни и заједно са
пентозама чине скелет завојнице
 Потребно је да се наизменично веже по 10 пентоза и 10 фосфатних група
да би се формирао спирални навој, односно 11. пентоза се нађе у оси
прве.
 Ланци су увијени један око другог тако да се дуж дволанчане завојнице
простиру два жљеба: велики и мали.
 Пуринске и пиримидинске базе се налазе у унутрашњости завојнице густо
спаковане једна над другом, а равни база су нормалне на осу завојнице.
 ДНК завојница има целом дужином исти пречник.
 Ако са пентозе једне скелетне нити полази пуринска база, са пентозе
наспрамне полази пиримидинска база која ће се са њом везати и обрнуто.
 Кад се вежу једна пуринска и једна пиримидинска, одржава се стално
растојање међу скелетним нитима молекула ДНК зато што пар пурин -
пиримидин има исту величину 10.9 nm, при чему је растојање у пару 0.3
nm
 Пречник двоспирализованог ланца ДНК је око 2nm.

21. фосфор
Угљеник у
склетном низу
фосфата и шећера
водоник
кисеоник
базе
Мали
жљеб
Велики
жљеб

22. ДЕНАТУРАЦИЈА ДНК
Денатурација
ДНК
загревањем
Денатурација
ДНК
загревањем
Хлађењем се поново
успоставља секундарна
структура ДНК.
реверзибилан процес

23. ПРИМАРНА И СЕКУНДАРНА
СТРУКТУРА РНК
 Основна градивна јединица РНК је нуклеотид.
Нуклеотиди ДНК и РНК разликују се по
пиримидинским базама и пентози: уместо тимина
РНК има урацил, а шећер је рибоза.
 РНК су једноланчани молекули који настају тако
што се нуклеотиди повезују фосфодиестарским
везама.
 Природа ових веза је иста као у ДНК, само што
уместо дезоксирибозе учествује рибоза.
 Иако једноланчана, у неким врстама РНК (тРНК и
рРНК) постоје краћи или дужи дволанчани региони

24. Имају и она се остварује успостављањем водоничних веза унутар
једног полинуклеотидног РНК ланца.
ИМАЈУ ЛИ РНК СЕКУНДАРНУ СТРУКТУРУ?

25.  У ћелији постоје три врсте РНК :
 информациона РНК (и-РНК),
 транспортна РНК (т-РНК) и
 рибозомска РНК (р-РНК).
 Све три врсте настају преписивањем
одређених делова једног ланца ДНК, односно
преписивањем гена. РНК представљају копије
гена.
 Ћелије једног организма се међусобно
разликују по и-РНК и т-РНК које садрже док су р-
РНК и ДНК у свим ћелијама једног организма
исте.

26. Информациона РНК
 настаје преписивањем структурних гена који садрже
упутство за синтезу полипептида.
 Улога и-РНК је да то упутство (информацију) за синтезу
полипептида пренесе до рибозома (место синтезе
протеина).
 Синтеза и-РНК почиње онда када је ћелији потребан
неки протеин, а када се обезбеди довољна количина
протеина и-РНК бива разграђена.

27. Транспортна РНК
Настаје преписивањем
мале групе специфичних
гена.
Транспортна РНК има
улогу да преноси
аминокиселине до
рибозома.

29. Рибозомска РНК
 Настаје преписивањем гена који се
заједнички називају »организатори
једарцета«.
 Њена улога је да заједно са одређеним
протеинима награди рибозоме.

30. НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ - СЛИЧНОСТИ
И РАЗЛИКЕ
ДНК РНК
делови
нуклеотид
а
структура
молекула
место у
ћелији
улога

31. НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ - СЛИЧНОСТИ
И РАЗЛИКЕ
ДНК РНК
делови
нуклеотид
а
1.дезоксирибоза
2.фосфатна група
3.азотна база
а) пуринска
-аденин
-гуанин
б) пиримидинска
-тимин
-цитозин
1.рибоза
2.фосфатна група
3.азотна база
а) пуринска
-аденин
-гуанин
б) пиримидинска
-урацил
-цитозин
структура
молекула
дволанчана спирала једноланчан молекул
место у
ћелији
једро једро,цитосол
улога носилац гена синтеза протеина

32. ТЕРЦИЈАРНА СТРУКТУРА ДНК
ДНК
хистонски
протеин
хромозом Паковање ДНК са
хистонима у хроматин и
хромозоме

33. HROMATIN
 На основу молекулске масе ДНК и податка да један пуни завој има
дужину од 3,4 nm, лако се може израчунати укупна дужина испружене
дволанчане завојнице ДНК у некој ћелији.
 Тако, укупна дужина дволанчене ДНК у једној јединој ћелији човека
износи око 2 m.
 Треба имати у виду да је пречник типичне ћелије око 20 м, а њеног
једра 5-10 m.
 Наведени примери јасно указују да ДНК мора бити веома чврсто
упакована да би се уопште могла сместити у ћелију.
 То подразумева да поред секундарне структуре, постоје и други нивои
организације ДНК.
 И заиста, у свим ћелијама ДНК је суперспирализована, што значи да је
двострука спирала још много пута испресавијана и чврсто упакована. У
том паковању учествују протеини са којима је ДНК чврсто везана.
 У свим ћелијама ДНК се налази у хромозомима који се појављују у
једру непосредно пре и за време ћелијске деобе.
 У периоду између две деобе (у интерфази) хромозомски материјал је
распоређен по целом једру као дифузна маса и назива се хроматин.

34. Занимљивости
 Телесна људска ћелија
има 46 хромозома.
 Ако се измери укупна
дужина DNK у свим
хромозомима, добија се
вредност од око 2m.
Треба имати у виду да је
пречник једра 5-10mm.
 Укупна дужина DNK у свим
ћелијама људског тела износи
2x10¹¹ km, што је много пута
веће од обима Земље или
растојања између Земље и
Сунца.
 Због тога ДНК мора да се
намотава и на различите
начине пакује.

35.  Хроматин еукариота се састоји од ДНК, протеина и
мале количине РНК.
 Протеини хроматина се сврставају у две класе:
 хистоне и
 нехистонске протеине, при чему су хистони
важни за паковање ДНК.
 Хроматин(обрађен неким ензимима) се под
микроскопом може видети као, перласта
структура, танка нит на којој су нанизане
перле.Танка нит је ДНК, а перле су комплекси ДНК
и хистона названи нуклеозоми.

36. Nuklozom
 Nukleozom se sastoji od histonskog oktamera oko koga
je DNK namotana skoro 2 puta (tačnije 1,8 puta).
 Oktamer se sastoji od 8 molekula histona : po dva
molekula histona H2A, H2B, H3 i H4.
 Histon H1 je vezan za DNK na mestu gde ona ulazi i
napušta nukleozom. Između nukleozoma je tzv.
vezujuća(linker)
 Pakovanjem u nukleozome DNK se prividno skraćuje oko 7
puta, ali to još uvek nije dovoljno za smeštanje DNK u
jedro.Ta činjenica ukazuje na postojanje dodatnih nivoa
spiralizacije DNK kao što su solenoidne strukture i dr.

37. ХРОМАТИН = ДНК + 2 КЛАСЕ ПРОТЕИНА
ХИСТОНИ H1; H2A; H2B; H3; H4
-мали протеини (100- 200 аминокиселина)
-20-30% ARGININ+ i LIZIN+
-високо конзервирана А.К. секвенца
-важни за структурну организацију хроматина
-неспецифични инхибитори експресије гена
НЕХИСТОНИ мала количина – неколико класа
-ензими репликације и транскрипције
-модификатори хистона
-регулаторни протеини – специфични
активатори гена

38. NUKLEOZOM
DNK H1 histon
nukleozom
jezgro 8 molekula histona: 2xH2A, 2xH2B, 2xH3, 2xH4

39. 

40. nukleozom
DNK
H1 histon
oktamerno
histonsko jezgro
30
nm
nukleozom

41. HROMATINSKA NIT
NUKLEOZOMNA NIT

42. 2 nm
11 nm
30
nm
300
nm
700
nm
1400
nm
nukleozomi
30 nm
hromatinska
nit
metafazni
hromozom

44. Хромозоми еукариота
 Хромозоми су телашца
карактеристичног облика
која се у једру могу уочити
за време деобе.
 Најбоље се уочавају за
време метафазе митозе па
се називају метафазни
хромозоми.

45. Хромозоми
посматрани
електронским
микроскопом
хроматида

46. Грађа метафазног хромозома
 Свака хроматида је уздужна половина хромозома и има један молекул DNK, а
цео метафазни хромозом има два једнака молекула DNK.
 Сестринске хроматиде се образују удвајањем (репликацијом) DNK тако да су
потпуне једнаке (отуда назив сестринске).
 Центомера се види као сужење хромозома и она повезује хроматиде.
 Центромера усмерава кретање хромозома за време деобе.
центромера
центромера
једна
хроматида
њена
сестринска
хроматида
Сваки
метафазни
хромозом се
састоји од
• две сестринске
хроматиде и
•центромере
(примарног
сужења)

47. Положај центромере хромозома
Метацентрич
ан
Телоцентрич
ан
Субметацентрич
ан
Акроцентрич
ан
центромера

48.  Број хромозома је сталан и карактеристичан за сваку
биолошку врсту.

49.  диплоидан број хромозома (грч. диплоос =
двострук) Обележава се као 2n. Јавља се
код телесних ћелија. Кажемо да су то две
гарнитуре хромозома
 хаплоидан број хромозома (грч.
хаплоос = једнострук) Обележава се
као n. Јавља се код полних ћелија
(гамета). Кажемо да је то једна
гарнитура хромозома
Хаплоидне
ћелије– људски
гамети
Хаплоидно и диплоидно стање
Диплоидна ћелија
– телесна ћелија
Хаплоидни
сперматозоид
Хаплоидна јајна
ћелија
Оплођење
Очински хомолог
Мајчински хомолог

50.  Хромозоми који су међусобно
слични, а потичу један од
мајке, а други од оца, чине
парове хомологих
хромозома.

51. ХОМОЛОГИ ХРОМОЗОМИ
Мајка
Дете
Отац

52. Задатак: организам је 2n = 4.
 Хромозоми 1 и 2 су
хромозоми
 Хромозоми 3 и 4 су
хромозоми
 Хромозоми 1 и 3 долазе од
 Хромозоми 2 и 4 долазе одмајке
оца
хомологи
хомологи

53. Кариотип

54. Кариограм
2n = 46, XY

55. 2n = 46, XX
ово је пар хомологих
хромозома
Кариограм

56. Хромозоми 4 и 5
човека

57. FISH (fluorescentna
in situ hibridizacija)

58. Humani hr. 4 obojen fuloresecntonom bojom

59. Chromosome painting primenom FISH metode

62. Општа структура
амино киселина
Амино група (-
NH2)
Карбоксилна група (-COOH)
-R остатак има различиту структуру и особине
(растворљивост, наелектрисање, елементарни састав)

63. Aminokiseline sa nepolarnom (hidrofobnom) bočnom grupom
Aminokiseline sa
nenaelektrisanom (polarnom)
bočnom grupom
Aminokiseline sa (-) naelektrisanom (kiselom)
bočnom grupom
Aminokiseline sa (+) naelektrisanom
(baznom) bočnom grupom
IZDVAJAJU SE I:
Aromatične
aminokiseline:
Trp, Phe, Tyr
Aminokiseline sa
sumporom:
Met, Cys

64. У грађењу пептидне везе учествују карбоксилна група једне
амино-киселине и амино-група друге амино-киселине.
ФОРМИРАЊЕ ПЕПТИДНЕ ВЕЗЕ
Н2О
N- терминус С- терминус

65. Пептидна веза
N- терминус С- терминус

67. ПРИМАРНА
СТРУКТУРА
СЕКУНДАРНА
СТРУКТУРА
ТЕРЦИЈАРНА
СТРУКТУРА
Два или више
полипептидна
ланца
КВАТЕРНЕРНА
СТРУКТУРА
Увијени
ланац
- β паралелне плоче
- α хеликс
- неправилно
клупче
линеарна секвенца амино киселина

68.  ПРИМАРНА СТРУКТУРА
 секвенца АК (број, редослед и садржај!!!)
 СЕКУНДАРНА СТРУКТУРА
 α хеликс, β паралелне плоче, насумично
клупче
 ТЕРЦИЈАРНА СТРУКТУРА
 линеарни или глобуларни
 Нативна конформација – функционални
облик
 Нарушава се ДЕНАТУРАЦИЈОМ
 КВЕРТЕНЕРНА СТРУКТУРА
 више субјединица

69. Одређена бројем и редоследом амино-киселина.
Примарна структура протеина

70. Одређена формирањем водоничних веза између N-H и C=O
групе две пептидне везе несуседних амино-киселина.
Секундарна структура протеина
β-плочаα-хеликс
водоничне везе

71. Терцијарна структура протеина
полипептидни ланац
Дисулфитне
везе Водоничне везе
Јонске везе
Ван дер Валсове силе и
Хидрофобне интеракције

72. Настаје када полипептидни ланац заузме коначни
тродимензионални облик - нативну конформацију.
Терцијарна структура протеина
ФИБРИЛАРНИ ПРОТЕИН
МиоглобинКолаген
ГЛОБУЛАРНИ ПРОТЕИН

73. Произилази из начина на који се субјединице повезују.
Кватернарна структура протеина
Хем
КВАРТЕРНАРНА СТРУКТУРА ХЕМОГЛОБИНА

74. Денатурација – раскидање слабих веза и нарушавање
секундарне и терцијарне структуре протеина.
ДЕНАТУРАЦИЈА ПРОТЕИНА
ДЕНАТУРАЦИЈА
Денатурисано стањеПротеин

75. УЛОГЕ ПРОТЕИНА
1. Структурни (градивни) протеини
2. Транспорни протеини
3. Одбрамбени протеини
4. Унутарћелијска кретања
5. Резервоари аминокиселина
6. Ензими
7. Протеински хормони

76. Literatura
 http://www.bionet-skola.com/w/Molekularna_biologija
 Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, Beograd, 1986.
 Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
 Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
 Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd,
2001.
 Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
 Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu
psihologiju, Beograd, 2002.
 Tanja Berić, Gordana Subakov-Simić, Peđa Janaćković – Biologija 1
udžbenik biologije za prvi razred gimnazije, Logos, Beograd, 2014.
Korišćeni su slajdovi sa cedea koji ide uz udžbenik
 Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000