3/9/2014

1

DNK i hromozom.

Struktura i

organizacija genoma.

DNK- nosilac nasledne informacije

1944- Avery, Mecled i

McCarty

Osobine naslednog materijala:

1. U stabilnoj formi sadrži

informacije o strukturi i funkciji

ćelije

2. Da podleže promenama

( mutacijama)

3. Da se precizno replikuje

4. Da se izražava kao fenotip

Kakva je struktura DNK?

Čargafovo pravilo:

1. Broj A je uvek jednak broju T, odnosno

broj G broju C (A/T=1; G/C=1)

2. Br purin auvek je denak broju pirimidina

(A+G /T+C =1)

1953- Wotson & Crick Rosalind Franklin

Četiri karakteristike određuju arhitekturu DNK

1. Dvolanačani heliks

2. Jednak prečnik

3. Desnogira zavojnica

4. Antiparalelnost lanaca

Geni, genom i hromozomi Gen- deo DNK lanca koji nosi infornaciju za sintezu proteina ili RNK

Genom- skup naslednih informacija jedne haploidne ćelije

Jedarni ili nuklearni genom

Mitohondrijski i hloroplastini genom

Hromozom

Kompleks DNK i proteina – hromatin

virusi – linearan, cirkularan; DNK ili RNK

Bakterije – cirkularan DNK Eukaryotes –linearan DNK

• Genom virusa varira od nekoliko stotina do

nekoliko hiljada nukleotida

Virusi Virusi

Phage

Capsid

protein

TMV

3/9/2014

2

• U regionu koji se

naziva nukleoid

• DNK je u direktnom

kontaktu sa

citoplazmom

Bakterijski hromozom Bakterijski hromozom

• Hromozomska DNK je kompaktna ~ 1000 puta

da stane u ćeliju

• Veličina – Escherichia coli

~ 4.6 milliona bp

– Haemophilus influenzae ~ 1.8 milliona bp

• Sastav – E coli ~6000 gena

– Geni koji kodiraju proteina organizovani su u funkcionalne jedinice operone

– Intergenetski regioni se ne prepisuju

– Jedan replikacioni početak (origin of replication (Ori))

Bakterijski hromozom

Struktura prokariotskog gena (Operon)

Stop kodon

TAA, TAG, TGA

Regulatorni

elementi

Cistron 1

+1 ATG Stop kodon

TAA, TAG, TGA ATG

Kodirajuća sekvenca= ORF

Cistron 2

Promotor i

Operator

DNK

Terminator

sekvenca

Regulatorna i kodirajuća sekvenca = Operon

Protein A Protein B

Strukturna ili kodirajuća sekvenca Regulatorna sekvenca

Kodirajuća sekvenca= ORF

Eukariotski genom

• Struktura eukariotskog genoma:

• Egzoni

• Introni

Organizacija genoma

C vrednost- veličina genoma u bp u

haploidnom skupu hromozoma

Paradoks C vrednosti

“sebična DNK”

3/9/2014

3

Tipovi sekvenci u genomima

eukariota

1. Ponovljivi nizovi (repetitivni)

A) Srednje ponovljivi nizovi do oko 100 000 x (geni za rRNK, tRNK, histone, kratki razbacani elementi(SINE) i dugi razbacani elementi (LINE), mobilni genetski elementi)

B) Visoko ponovljivi nizovi do 1 000 000 x

(centromere, sateliti, telomere)

2. Jedinstveni nizovi (unikalni) 20- 60 %

Familije gena

Familije gena i pseudogeni

Familije gena nastaju duplikacijom izvornog pradedovskog gena.

Pseudogeni – nefunkcionalne kopije gena

Mobilni genetski elementi- “Skoči geni”

1. Retrotranspozoni LINE i SINE nizovi, LTR elementi

2. Retrovirusu slični elementi

3. DNK transpozoni

Šta je hromatin

To je rešenje za problem pakovanja DNK kod

eukariotskih ćelija.......

Eukariote imaju VELIKI problem

sa pakovanjem DNK !

Kako stane 2m dug DNK u jedro od 5 µm?

Kako se repliciraju, popravljaju i prepisuju upakovane nasledne informacije?

Rešenje: Hromatin !

Kompleks DNK i proteina. Proteini:

Histoni ( H1, H2A, H2B, H3, H4)-

bazni

Nehistonski proteini (strukturni

proteini, enzimi, faktori regulacije

genske ekspresije...)

3/9/2014

4

Hijerarhija u pakovanju hromatina

Prvi nivo: Formiranje nukleozoma

Drugi nivo: 30 nm vlakno

Treći nivo: Formiranje petlji (Supersolenoid)

Četvrti nivo: Mitotski(metafazni)

hromozom

Nukleozom- osnovni nivo

pakovanja DNK

• Histonski proteini

bazni (+ naelektrisani

lizin i arginin)

95% hromatinski proteina

čine histoni

Struktura hromatina

Četiri histonska proteina čine jezgro

nukleozoma 2x(H2A, H2B, H3 i H4)

Peti histon, H1 je histon za povezivanje.

Drugi nivo: 30nm vlakno

• Neophodan histon H1

• Sabijanje je za oko 100x

Treći nivo: Formiranje petlji

• Organizacija nije slučajna učestvuju i nehistonski proteini i povezivanje za jedrov ovoj i matriks.

Struktura hromatina

Metafazni hromatin: četvrti nivo pakovanja: puna kondezacija

3/9/2014

5

Hromozom Hromozom

Kondenzovanje metafaznih hromozoma sa kondenzinom

Broj petlji se ne menja ali se menja prečnik petlji

Kondenzin putuje

u jedro

Kodenzin se vezuje

za hromozome i

formira petlje

Tokom interfaze,

kondenzin je prisutan

u citoplazmi

Kondezovanje hromozoma

Povezivanje i razdvajanje sestrinskih hromatida preko kohezina

Kohezin napušta

hromozom i krajevi se

“relaksiraju”

Cohesin

remains at

centromere

Kohezin iz nivoa

centromera se

degradira

Hromozomi tokom mitoze Hromozomi - kariotip

• Kariotip

Čovek, 46, XY

46, XX

Autozomi

Gonozomi X ,Y

(polni hromozom)

3/9/2014

6

Interfazni hromatin: nivoi 1-3

relativno dekondenzovani hromozomi

• Heterohromatin: tamno

obojen, kondenzovan,

transkripciono

neaktivan, 3 nivo

pakovanja

• Euhromatin: svetlo

obojen, manje

kondenzovan,

transkripciono aktivan, 2

nivo pakovanja

Tipovi heterohromatina

• Konstitutivni heterohromatin

– Uvek heterohromatinski region

– Permanentno neaktivan

• Fakultativni heterohromatin

– Regioni moguće konverzije euhromatina u heterohromatin i

obrnuto

– primer: Barovo telo