OSNOVE MOLEKULARNE GENETIKE

Geni sadrže instrukcijeza stvaranje proteina

ćelijahromozomi

geni

genom

Proteini deluju pojedinačno ili udruženo u kompleksu u obavljanju različitih ćelijuskih funkcija

proteini

DNK

Osnovne karakteristike genetičkog materijala

• čuvanje genetičke informacije– u strukturi DNK

• Samoudvajanje– kroz replikaciju

• Sposobnost kontrole fenotipa– kroz sintezu proteina

• promenljivost – putem mutacija

Zašto DNK?

struktura

Baze: purini (adenin i guanin)pirimidini (timin i citozin)

(uracil)

Fosfatna grupaPentozni šećer

• Makromolekuli, DNK i RNK

• DNK - dvostruki polinukleotidni lanac

nukleotidi

Homo sapiens, “mlada vrsta”

Ljudi na nivou nukleotida imaju oko 98,8% sličnosti sa šimpanzama, a jedinke unutar vrste Homo sapiens medjusobno se razlikuju u proseku u 1/500-1000 nukleotida.

replikacija

osnovne osobineSemikonzervativnostKomplementarnost

neophodnoRNK prajmerDNK polimeraza III (5’→3’)

kod eukarioita

Više početaka replikacije

Pol III 3’→5’editovanje, tj. provera čitanja

Pol III 5’→3’polimerizacija

kraj replikacije kod eukariota - telomere

-kraj replikacije – uklanjanje RNK prajmera-5’ praznina-enzim telomeraza, RNK enzim-sinteza trinukleotida na DNK na osnovu RNK templeta-ponavljanje sinteze-ligazom i polimerazom se sintetiše DNK na osnovu dodatog RNK prajmera-ukloni se prajmer-hromozom je sačuvao dužinu

•ekspresija gena do ishoda - fenotipa

KOD↓

KODON↓

ANTIKODON

DNK↓

i-RNK↓

t-RNK↓

POLIPEPTID

Transkripcija – sinteza RNK molekula

3 tipa RNK molekula

translacija– sinteza polipeptida

Stuktura gena eukariota

egzoniintroni

promotor gena prokariota i eukariota

RNK polimeraza se vezuje za promotorPrepoznajući konsenzus sekvence duž DNK......

TRANSKRIPCIJA

GENETIČKI KOD (ŠIFRA)

• UNIVERZALNOST

• IZROĐENOST

• NEPREKLAPANJE

• KONTINUIRANOST

Variranje u DNK sekvenci pojedinih gena može promeniti protein putem promene genetičkog koda

Translacija

različiti nivoi regulacije ekspresije genakod eukariota

• MUTACIJE

• germinativne• somatske

spontane mutacije

• tokom replikacije

• tautomerni oblici

tranzicije

transverzije

bez efekta na fenotip - “tihe”- DNK polimorfizmi- neutralnesa efektom na fenotip na nivou translacije proteinanonsens - zaustavljanje translacijemisens - zamena amino kiseline“frameshift”- promena celog polipeptida

ENZIMOPATIJE

Organizacija sekvenci eukariotske DNK

Veličina genoma?

Organism Genome Size (Bases) Estimated Genes

Human (Homo sapiens) 3 billion 30,000

Laboratory mouse (M. musculus) 2.6 billion 30,000

Mustard weed (A. thaliana) 100 million 25,000

Roundworm (C. elegans) 97 million 19,000

Fruit fly (D. melanogaster) 137 million 13,000

Yeast (S. cerevisiae) 12.1 million 6,000

Bacterium (E. coli) 4.6 million 3,200

Human immunodeficiency virus (HIV) 9700 9

Denaturacija molekula DNK u jednolančane fragmente → brzina renaturacije zavisi od učestalosti fragmenata

sekvence koje imaju ekspresiju (geni) -unikatne-ponavljajuće (familije gena)

sekvence koje nemaju ekspresiju (ne stvaraju ni jedan tip RNK)-visoko ponovljajuće, grupisane (centromerni regioni) -umereno ponavljajuće, grupisane (VNTR,minisateliti, mikrosateliti)-umereno ponavljauće, rasute (transpozoni)-unikatne (“spacer” DNK)

unikatne sekvenceponavljajuće sekvence

Geni u jednoj kopiji Repetitivna DNK “spacer” DNK

Funkcionalne sekvence Sekvence nepoznate funkcije

Familije genaI pseudogeni

Nekodirajuće funkcionalnesekvence (telomerei)

Tandemske familije gena

Rasute familije gena

Centromerni heterohromatin

VNTR Transpozirajućesekvence

EUKARIOTSKA DNK

transpozoni retrotranspozoni

• Genske familije

aktini, globini, miozin, proteini jajeta, Ig, ....

Tandemske genske familije

Histoni, geni za r-RNK (organozator nukleolusa), t-RNK,

Dopuna centralne dogme o prenosu genetičke informacije

Reverzna transkripcija RNK (retrovirusi)Samoreplikacija RNK (neke klase faga)Direktna uloga DNK u translaciji (samo u lab.)

• Trilioni ćelija u organizmu čoveka

• Svaka ćelija po 46 hromozoma = 2m DNK

• 3 milijarde subjedniica (baza A,T,G,C)

• Oko 30 000 gena kodira za proteine osnovnih životnih funkcija ćelija

•ekspresija gena do ishoda - fenotipa

PROTEIN KODIRAJUĆI GENI

• Genom – ukupan (haploidan) sadržaj DNK jednog organizma (ćelije?)• Genomika – istraživanja genoma – isuviše pojednostavljeno!• Interakcija molekula unutar ćelija, i to DNK, proteina, lipida i

karbohidrata• Genomika uključuje sekvenciranje, variranje genoma unutar populacije,

transkripcionu kontrolu, odgovor organizma na promenu sredine...• Proteomika – unutar genomike; proteom je ukupan sadržaj porteina u

organizmu (ćeliji)• Mnogi smatraju 21. vek postgenomskom erom• više nema tehničkih barijera za dobijanje informacija o genomu - izazov

– razumevanje proteoma• teško polje istraživanja - nedostaju metode za potpuno definisanje

proteoma, mobilni su, itd.• Svaka ćelija ima isti genom, istu DNK sekvencu sa kojom se radja, ali

svaka ćelija u telu ima drugačiji proteom, a on se menja i kroz vreme.• Pri infekciji, proteom se menja u ćelijama, kao imuni odgovor. Lekovi,

vežbanje, ishrana..proteomi se menjaju kao odgovor na fluktuacije i unutarćelijskoj i medjućelijskoj sredini.

• Prelaz sa klasičnog razmišljanja “jedan gen-jedan protein-jedan fenotip na razumevanje složenih fenotipova

Genomika, bioinformatika, proteomika

• Genomska složenost jednog fenotipa teško je razumljiva bez novih metoda

• DNK čipovi su u najvećoj meri transformisali genomiku• 1. omogućavaju da se simultano meri nivo transkripcije za svaki gen

u genomu• 2. omogućavaju sakupljanje podataka o celom genomu i njegovom

odgovoru na promenu sredine

• Biomedicinska primena DNK čipova, za bolje razumevanje kancera • Idealno: očekivati da nam DNK čipovi omoguće da uspešnije

dijagnosticiramo i damo tretman pacijentima; efikasnost lekova - farmakogenetika

• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genomes/