Biologija sa humanom genetikom, Skripte od Genetika

Preuzmite Biologija sa humanom genetikom i više Skripte u PDF od Genetika samo na Docsity!

HUMANA GENETIKA

Ispitna pitanja i odgovori

Medicinski fakultet - Banja Luka

Katedra za humanu genetiku

Student: Jovanka Salak

Medicinski fakultet - Banja Luka

11. ORGANIZACIJA GENOMA

Pod pojmom genom čovjeka podrazumijeva se ukupna genetička informacija (DNK sadržaj) u ćelijama čovjeka. Ovaj pojam uključuje dva genoma:

• složeni genom jedra koji predstavlja 99.9995% od ukupne genetičke informacije i
• jednostavni genom mitohondrija koga ćini preostalih 0.0005%.

Jedarni genom čini DNK iz 24 različita hromozoma (22 autozoma, X i Y) koji sadrže različite gene (~3200Mb). Jedarni genom obezbjedjuje ogromnu većinu genetičkih informacija od suštinskog značaja, njihov najveći broj određuje sintezu polipeptida na ribozomima u citoplazmi.

Mitohondrije posjeduju sopstvene ribozome, a mali broj gena koji kodiraju polipeptide u mitohondrijskom genomu proizvode iRNK koje se prevode na ribozomima mitohondrija. Međutim, mitohondrijski genom određuje samo vrlo mali dio specifiĉčnih mitohondrijskih funkcija. Većina mitohondrijskih proteina je kodirano jedarnim genima i sintetisano na ribozomima citoplazme, prije nego što će biti uvezeni u mitohondrije.

Mitohondrijski genom

Mala, ali važna podgrupa gena genoma čovkeka nalazi se u mitohondrijama u citoplazmi. Mitohondrijski geni prenose se na potomstvo isključivo preko majke (materinski ), što odstupa od Mendelskih pravila. Ćelije čovjeka imaju na stotine mitohondrija i svaka sadrži nekoliko kopija malih molekula u obliku prstena, mitohondrijskih hromozoma. Molekul mitohondrijske DNK je dug samo 16 kb (manje od 0.03% dužine najmanjeg hromozoma) i kodira samo nekoliko desetina gena (ukupno 37 gena koji nemaju introne). Takođe, mitohondrijska DNK za razliku od jedarne nije povezana sa proteinima. U skladu sa razlikama u broju mitohondrija u različitim ćelijama varira i procenat mitohondrijske DNK u ukupnoj količini DNK ćelije.

Jedarni genom

Kao i u slučaju drugih složenih genoma, značajnu komponentu genoma čovjeka čine nekodirajuće sekvence (preko 90%). Pored toga, genom čovjeka je predstavnik genoma sisara kao i drugih složenih genoma po tome što sadrži značajnu količinu repetitivne DNK, što uključuje nekodirajuće repetitivne DNK kao i višestruke kopije gena i fragmenata gena. Regioni genoma sa sličnim karakteristikama ili organizacijom, replikacijom i ekspresijom

Medicinski fakultet - Banja Luka

Replikacija DNK je sposobnost DNK da se samoobnavlja, tj. da kontroliše produkciju sopstvenih kopija. Pritom, novonastali lanci imaju izvorni raspored nukleotida, odnosno gena. Nakon podjele dvolančane molekule DNK na dva polulanca (u toku ćelijske diobe), svaki od njih, od slobodnih nukleotida, nadoknađuje komplementarni polinukleotidni lanac. Tako se svaka potomačka molekula DNK sastoji od jednog izvornog roditeljskog i jednog novosintetiziranog komplementarnog polulanca.

Proces replikacije omogućava dvolančana struktura DNK. Dva međusobno komplementarna i antiparalelna lanca se odvajaju slično patent-zatvaraču, a sakupljaju se i aktiviraju nukleotidi iz okolne citoplazme. Pritom neke sekvence DNK imaju afinitet za proteine koji vežu DNK (eng. DNA binding proteins) i imaju veliku ulogu u replikaciji, ali i tokom transkripcije.

Roditeljski lanci, odnosno polulanci njihovih nukleotida služe kao matrice za sintezu novonastajućih molekula. Po jedan polulanac iz te DNK nalazi se u jednoj od dvije novonastale molekule, tj. svaka od novosintetiziranih molekula sadrži po jedan polulanac roditeljske DNK i jedan novi lanac nukleotida nove DNK (model semikonzervativna replikacija). Smjer polimeriziranja roditeljskog polulanca je od 5' - 3' kraj lanca DNK.

Sintezu nedostajućeg lanca nukleotida kataliziraju enzimi, od kojih najvažniju ulogu imaju nukleaza, ligaza i polimeraza. Tu funkciju ostvaruju pronalaženjem komplementarne bazu iz okoline za odgovarajuću poziciju matričnog polulanca, kompletirajući novi lanac DNK. Svaka baza (nukleotid) roditeljskog polulanca određuje bazu na novom − komplementarnom lancu nukleotida. Tako u ćeliji, samoobnaljanjem u ćeliji repliciranjem nastaju dvije nove kopije sopstvene DNK.

Glavne faze replikacije DNK su:

• odmotavanje i razdvajanje polinukleotidnih lanaca (dvostruki heliks dvostruke spirale) nukleotida,
• komplementarno uparivanje baza i
• polimerizacija nukleotida.

DNK se autoreprodukuje počevši od mjesta zvanog ishodište replikacije, koje je kod malih molekula kao kod prokariota, virusa ili organela samo jedno, a kod eukariotskih organizama ih je na hiljade više. Replicirajuću molekula ili njen dio označava se kao replikon.

Medicinski fakultet - Banja Luka

Dvostruka spirala se odmotava pod katalitičkim uticajem enzima topoizomeraze i DNK helikaza|DNK helikaze. Područje sinteteze DNK molekula imenovano je kao replikacijske vilice. One se protežu u suprotnim pravcima od ishodišnog mjesta replikacije.

U vilicama se vodeći lanac sintetizuje u smjeru odvijanja komplementacije i kontinuirano. Sinteza na ovom kalupu je u smjeru 3' - 5'. Ovaj proces katalizuje enzim DNK polimeraza, po principu komplementarnog uparivanja baza. Za razliku od vodećeg lanca, usporeni lanac DNK se sintetizuje suprotno od kretanja replikacijske vilice i diskontinuirano, komplementiranje na ovom kalupu je u smjeru 5' - 3',

U ovom procesu, najprije nastaju Okazakijevi fragmenti − kratki segmenti DNK. Sintetizuju se unazad u odnosu na smjer kretanja replikacijskih vilica. Svaki fragment se sintetizuje tako da se prvo sintetizuje tzv. prajmer u vidu kratke sekvence DNK. Daljnji tok procesa kataliziraju DNK polimeraze, koje zatim popravljaju svaku grešku u ugrađivanju nekog pogrešnog nukleotid na pogrešno mjesto u molekuli DNK. Zatim nukleaze i polimeraze uklanjaju prajmere. Djelovanjem DNK ligaze međusobno se spajaju Okazakijevi fragmenti.

13. REPLIKACIJA DNK I RNK VIRUSA

Replikacija DNK virusa

Replikacija DNK virusa se obavlja preko enzima DNK-polimeraze.

Uglavnom se odvija u jedru ćelije, mada mali broj virusa se replikuje u citoplazmi (pox-, hepadna-). Virusi uglavnom u citoplazmi sintetišu potrebne enzime za replikaciju zahvaljujući ranim transkriptovanim genima. Samo Hepadnaviridae sa sobom nose polimerazu, a mali broj virusa se čak replikuje preko enzima domaćina koji su u jedru (Polyoma-, Papiloma-, Parvoviridae).

Replikacija virusa sa dvolančanom DNK:

• Replikacija polyoma, papiloma i parvo virusa. Odvija se na enzimima jedra ćelije, na prilično konzervativan način. Lanci DNK posjeduju T antigen koji se vezuje za mjesto otpočinjanja replikacije i vrši odmotavanje heliksa. Na razdvojenim lancima pomoću DNK-polimeraze se vrši sinteza komplementarnih lanaca. Sinteza u smjeru 5'-3' se odvija kontinuirano dok sinteza u suprotnom smjeru je diskontinuirana i stvaraju se tzv. Okazaki fragmenti. Uz pomoć ligaza ovi fragmenti se spajaju u jedan lanac.

Medicinski fakultet - Banja Luka

RNK lancima se obavlja sinteza (-) RNK lanaca uz pomoć RNK-polimeraze koju ova grupa virusa nosi sa sobom (nosi je u svom genomu).

• Replikacija 4. Klase. Ovi virusi imaju jednolančanu pozitivnu RNK (picorna, toga, flavi, calici i corona virusi). Jednolančana (+) RNK posluzži za sintezu enzima i dr. proteina ali i za sintezu RNK posrednika u replikaciji. Ovaj posrednik je (-) RNK lanac sa kojeg se kasnije transkripcijom prepisuje novi (+) RNK lanac koji je ujedno i nova kopija ovog virusa.
• Replikacija 5. Klase. Ovo su virusi sa jednolančanom negativnom RNK (ortomyxo, paramyxo, rhabdo, filo, bunya i arena virusi). (-) RNK lanac prvo obavlja transkripciju i nastaju (+) RNK odnosno i-RNK sa kojih se sintetisu i proteini, ali i par njih posluzi kao RNK posrednik. Sa ovih posrednika u replikaciji se sintetisu (-) RNK lanci koji se pakuju u kapside, i novonastali virus napusta ćeliju.
• (^) Replikacija 6. Klase. RETRO virusi su veoma specifični po pitanju replikacije, jer se ona obavlja preko DNK posrednika. Ovi virusi imaju dvolančanu pozitivnu RNK, dakle dva (+) RNK lanca. Sa jednog od ovih lanaca se reverznom transkriptazom proizvodi (-) DNK lanac na kojem se obavlja i sinteza njemu komplementarnog (+) DNK lanca. Ovakva DNK se inkorporira u genom ćelije domaćina gdje upotrebljava enzime jedra za sintezu (+) RNK odnosno informacionih RNK, uz pomoć ćelijske RNK transkriptaze. Na jednom sintetisanom (+) RNK lancu se sintetiše i drugi njemu komplementaran. 14.GENETIČKA ŠIFRA - KOD Genetički kod je zapisan specifičnim znacima, njegova elementarna jedinica („slovo“) je jedna od četiri azotne baze iz sastava DNK. Očito je da položaj jedne aminokiseline u peptidnom bjelančevinskom lancu ne može biti određen samo jednim znakom ovoga koda, jer je utvrđeno da u sastavu prirodnih poteina ne ulaze samo četiri, nego ukupno 20 različitih aminokiselina. To dokazuje pretpostavku da njihov raspored u polimernom lancu mora biti određen grupama baza. Kombinovanjem po dvije (od 4 moguće) azotne baze dobije se svega 16 (4 2 =16) takvih grupa, što očito još uvljek nije dovoljnu za kodiranje ukupnog broja različitih aminokiselina.

Prema tome, najmanji broj baza, koje međusobnim kombinovanjem mogu zadovoljiti taj kriterijum je tri. Naučno je dokazano da tročlani slijed-triplet slova genetičkog koda

Medicinski fakultet - Banja Luka

predstavlja jednu „riječ“ genetičke poruke, kojom se daje nalog za ugradnju jedne aminokiseline u proteinsku molekulu (rečenicu). Slova koja ga čine i njihov raspored u tripletu određuju jednu od 20 mogućih riječi (aminokiselina). Prema tome, 20 različitih aminokiselina, koliko ih se ukupno javlja u „živom svijetu“, kodiraju 64 moguća tripleta (od 4 postojeće baze: 4 3 = 64). Imajući u vidu „višak“ od 44 ovakve kombinacije moguće je da više tripleta kodira istu aminokiselinu. Međutim svaku aminokiselinu kodiraju samo strogo određeni - specifični tripleti. Genetičku informaciju DNK upućuje na mjesto sinteze bjelančevina, preko svog primarnog produkta - informacione RNK (iRNK), koja se (prema toj specifičnoj ulozi) označava i kao „glasnik“ (glasnička) RNK. To prenošenje genetičke informacije i njena realizacija odvijaju se u dvije veoma složene etape.U prvoj od njih, informacija o građi određene funkcionalne jedinice DNK (gena) prenosi se na informacionu DNK. Pošto je tu riječ o svojevrsnom prepisivanju genetičke poruke, ova etapa se označava kao transkripcija. U drugoj etapi, prepisana šifra (u redoslijedu nukleotida iRNK) prevodi se na specifični broj i redosljed aminokiselina u sintetiziranoj molekuli bjelančevina. Proces komponovanja proteinskih lanaca na osnovu strukture iRNK naziva se translacija.

15. TRANSKRIPCIJA

Tokom transkripcije uz pomoć enzima RNK polimeraze nastaje mRNK. Budući su dva lanca DNA komplementarna (na mjestu gdje se u jednom lancu nalazi adenin, u drugom se nalazi timin, a gdje se u jednom lancu nalazi gvanin, u drugom se nalazi citozin), nije svejedno koji lanac će se prepisati u mRNA. Uvijek se prepisuje jedan, tačno određeni lanac dvolančane DNA molekule i on se naziva lanac kalup (ili nekodirajućI DNK ili transkribirajući DNK ili (-) lanac ili lanac orijentisan u smjeru 3' →5'. Drugi lanac DNA, koji ne služi kao kalup za sintezu mRNK, naziva se kodirajući ili netranskribirajući DNK (ili (+) lanac ili lanac orijentisan u smjeru 5' → 3'. mRNK koja nastaje procesom transkripcije komplementarna je kalupu, a istovjetna kodirajućem lancu, s tom razlikom da se u mRNK umjesto timina nalazi uracil. Sinteza molekule mRK počinje vezanjem enzima RNK polimeraze na DNK. Kako bi RNK polimeraza mogla prepoznati od kojeg mjesta treba početi transkripciju, tj. gdje se na dugim sekvencama DNK nalaze geni, u DNL postoje posebne promotorske regije (promotori). To su posebni nizovi nukleotida u DNK koje prepoznaje RNK polimeraza i koji se većinom nalaze u 5' smjeru ("uzvodno") od gena.

Tokom transkripcije dolazi do odmatanja molekule DNK od histona upravo onog gena koji se u datom trenutku treba prepisati. Dva komplementarna lanca se razdvoje i na taj način postanu dostupni RNK polimerazi. Ona katalizuje stvaranje vodonikovih veza između baza

Medicinski fakultet - Banja Luka

molekule nalazi se antikodon - tri nesparena nukleotida komplementarna kodonu u mRNK. U procesu translacije, antikodon se sparuje sa kodonom po principu komplementarnosti azotnih baza. Na suprotan kraju tRNK molekule veže se pripadajuća aminokiselina.

tRNk molekule povezuju jezik aminokiselina sa informacijom u DNK. Možemo reći da one dekodiraju informaciju u DNK. tRNA molekule su dugačke između 75 i 95 parova baza. U tRNK su prisutne brojne intramolekularne vodonikove veze (dvolančani dijelovi tRNK), te nekoliko jednolančanih petlji od kojih jedna nosi antikodon.

rRNK

rRNK je gradivna jedinica ribosoma, ključnih za sintezu proteina kod svih živih ćelija. To su male molekule. Sintetiziraju se u jezgrici. Najzastupljenije su u ćeliji od svih RNK (60-80% ukupne RNK ćelije.) rRNK se spajaju sa ribosomskim proteinima formirajuži ribosomske podjedinice. Funkcionalni ribosom nastaje kada se dvije ribosomske podjedinice spoje.

Kod eukariota ima 4 različita tipa ribozomske RNK. Prvi tip je 18S, drugi je 5.8S, treći 28S, a četvrti je 5S. (S je sedimedaciona konstanta). Što je S veći, veći je i molekul. 18S ribozomska RNK ulazi u sastav male subjedinice ribozoma, a ostale 3 ulaze u sastav velike subjedinice ribozoma. 3 različita tipa ribozomske RNK (18,5.8,28) nastaju od istog primarnog transkripta. Geni za ribozomsku RNK se nalaze na norovima (dijelovi akrocentricnih hromozoma (d grupa) koji su umnožni više stotina puta). Ti geni kad se prepisu nastaje primarni transkript za ova 3 RNK.

18. RIBOSOMI

Ribosom je ćelijska struktura koja se sastoji od dvije podjedinice – velike i male. Obje su građene od rRNK i proteina. Prokariotski i eukariotski ribosomi se razlikuju po veličini. Velika i mala podjedinica su razdvojene kad ribosom nije u funkciji, a spajaju se nakon dolaska mRNK koja „sjeda“ u žlijeb između dvaju podjedinica.

Uloga ribosoma je da se na njemu ostvari pravilna orijentacija molekula koje se koriste u sintezi proteina i da olakša stvaranje peptidne veze između aminokiselina.

Na ribosomu se nalaze 3 vezna mjesta na koja se vežu tRNK molekule:

• Na A mjesto se veže aminoacil-tRNK (tRNK na koju je vezana aminokiselina);
• Na P mjestu se nalazi peptidil-tRNK (tRNK na koju je vezano nekoliko aminokiselina povezanih peptidnim vezama);

Medicinski fakultet - Banja Luka

• tRNK koja je u procesu translacije predala aminokiselinu premješta se na E mjesto. 19. TRANSLACIJA

Translacija je proces u kojem se aminokiseline povezuju u polipeptidni lanac na osnovu informacije zapisane u mRNK. Proces se naziva i prevođenje jer se jezik nukleotida „prevodi“ u jezik aminokiselina. Translacija se odvija na ribosomima u citoplazmi.

Prije opisa samog procesa translacije možeš opisati građu i funkciju ribosoma, te tRNK molekula, što je odgovoreno u pitanjima br. 17 i br. 18!!

Proces translacije započinje vezanjem aminoacil-tRNK, mRNK i obje podjedinice ribosoma, a odvija na sljedeći način:

• Prva dva kodona mRNK, start kodon (5'-AUG-3') i prvi sljedeći kodon, zauzmu P i A mjesto na ribosomu. Prva aminoacil-tRNA, u početku sinteze svakog polipeptida, nosi aminokiselinu metionin i antikodon 5'-CAU-3', koji je komplementaran start kodonu 5'-AUG-3' na mRNK.
• (^) Sljedeća aminoacil-tRNA sjeda na A mjesto. Njezin antikodon se veže s kodonom, a njena aminokiselina dođe u blizinu metionina.
• Između dvije aminokiseline se, uz utrošak energije, stvori kovalentna (peptidna) veza.
• Ribosom se pomakne za jedan kodon u 3' smjeru niz mRNA („nizvodno“). To pomicanje ribosoma se naziva translokacija. Na taj način prva tRNK ode na E mjesto i ostane bez svoje aminokiseline, a druga Trnk sad nosi dipeptid i sjedne na P mjesto. A mjesto ostane prazno sa sljedeću aminoacil-tRNK.
• Proces se ponavlja, kodon za kodonom, a polipeptid raste.
• Proces translacije završava kada na A mjesto ribosoma dođe jedan od stopkodona (UAA, UAG ili UGA). U ćeliji ne postoji tRNK sa antikodonom komplementarnim stop kodonu i stoga se proces translacije završava. Polipeptidni lanac se odvaja od peptidil-tRNK, tRNK i mRNK se odvajaju od ribosoma, a sam ribosom se razdvaja na dvije podjedinice.

Ukratko, tokom procesa translacije na ribosomu se sintetizuje protein prema uputi u mRNK. Dodaje se jedna po jedna aminokiselina, odnosno ribosom se pomiče po mRNK za po jedan kodon, i tako raste polipeptid. Kako određeni kodon doše na ribosom, on se privremeno,

Medicinski fakultet - Banja Luka

i vezivno mjesto za šećer alolaktozu (izomer D-laktoze koji je u ćeliji prisutan onda kada je prisutna i laktoza). Kada koncentracija alolaktoze u bakterijskoj ćeliji dostigne određeni nivo, ona se vezuje za represor, izazivajući njegovu alosteričnu promjenu, usljed koje slabi njegov afinitet prema operatoru, tako da represor disocira sa operatora. Sada je transkripcija gena ponovo omogućena. Ova pojava se naziva derepresija, a ovakav vid kontrole, zasnovan na konformacionoj promjeni represora izazvanoj vezivanjem šećera, je alosterična kontrola. Kao rezultat derepresije, ćelija počinje da sintetiše enzime neophodne za razgradnju laktoze. Kada se razgradi sva prisutna laktoza, a u ćeliju iz okoline ne dospijeva nova, represor se ponovo vezuje za operator i sprečava transkripciju strukturnih gena lac operona. Prema tome, bakterija sintetiše enzime za razgradnju laktoze samo onda kada je laktoza (odnosno alolaktoza) prisutna u ćeliji, a ne i onda kada je nema.

Pozitivna kontrola – Regulacija transkripcije laktoznog operona

Alternativa negativnoj regulaciji je pozitivna kontrola, tj. regulacija transkripcije aktivatorima. Neke transkripcione jedinice u genomu E. coli imaju relativno slaba mjesta za vezivanje RNK polimeraze (tzv. slabe promotore), pa je vezivanje ovog enzima moguće samo uz pomoć proteina aktivatora koji se vezuju za DNK u neposrednoj blizini RNK polimeraze.

“Jačina”, tj. efikasnost promotora zavisi od redoslijeda nukleotida u karakterističnim, evolutivno očuvanim dijelovima promotorskog regiona od kojih se jedan nalazi 10, a drugi 35 nukleotida uzvodno od mjesta na kome počinje transkripcija. Najefikasniji bakterijski promotori na poziciji -10 sadrže niz TATAAT , a na -35 niz TTGACA. Molekula RNK polimeraze se specifično vezuje za niz na poziciji -35, dok onaj na poziciji -10 omogućuje da transkripcija započne na nukleotidu +1. Aktivatori se vezuju za nizove nukleotida koji se nalaze u neposrednoj blizini mjesta za koje se vezuje RNK polimeraza i za razliku od represora, koji onemogućuju vezivanje enzima, aktivatori to vezivanje olakšavaju. Po svemu ostalom, oni veoma liče na represore. Oni se često vezuju za induktore koji povećavaju ili smanjuju njihov afinitet prema DNK i na taj način “uključuju” ili “isključuju” odgovarajuće transkripcione jedinice. Ovakav način regulacije aktivnosti gena označen je kao pozitivna kontrola, jer se transkripcija odvija samo u prisustvu regulatornog proteina.

Osnovni izvor energije za bakteriju E. coli je glukoza. Kada je u ćeliji prisutna dovoljna količina glukoze, tada je inhibirana ekspresija svih gena koji kodiraju enzime uključene u razgradnju drugih katabolita, kao što su laktoza, arabinoza i galaktoza. Ovaj fenomen je poznat kao represija katabolita, i njime se sprečava nepotrebno dupliranje enzimskih sistema koji učestvuju u produkciji energije. Otkrivanju ovog fenomena prethodilo je zapažanje da je

Medicinski fakultet - Banja Luka

u prisustvu glukoze u bakterijskoj ćeliji koncentracija cikličnog AMP-a (cAMP-a) manja nego u odsustvu glukoze i da se dodavanjem cAMP-a može prevazići represija katabolita izazvana glukozom. Naime, transport glukoze kroz membranu bakterijske ćelije dovodi do defosforilacije jednog enzima koji mora biti fosforilisan da bi aktivirao adenilat ciklazu, tako da unos glukoze u ćeliju uvek dovodi do snižavanja koncentracije cAMP-a.

Nađeno je da bakterija sadrži protein označen kao CAP (od eng. catabolite gene activator protein) ili CRP (od eng. cAMP receptor protein ), koji se sastoji od dvije subjedinice i vezuje cAMP. Vezivanje cAMP -a izaziva veliku konformacionu promjenu ovog proteina, a njegova funkcija je da se u kompleksu s cAMP -om vezuje za lac operon (i neke druge operone), stimulišući njegovu transkripciju u odsustvu lac represora. Prema tome, CAP je pozitivan regulator, odnosno aktivator transkripcije lac operona, za razliku od lac represora koji je negativan regulator. Za sada još uvijek nije sasvim jasno na koji način kompleks CAP- cAMP stimuliše inicijaciju transkripcije na slabom promotoru laktoznog i drugih operona. Jedna mogućnost je direktna interakcija ovog kompleksa s RNK polimerazom, a druga je promjena konformacije DNKu oblasti promotora, koja olakšava inicijaciju transkripcije. U svakom slučaju, ovakav mehanizam regulacije transkripcije lac operona omogućava bakterijskoj ćeliji da u odsustvu glukoze dođe do potrebne energije razgradnjom laktoze, jer kada je koncentracija glukoze u ćeliji niska, koncentracija cAMP -a pa prema tome i kompleksa CAP-cAMP uvijek raste, što dovodi do ubrzane transkripcije lac operona.

Neki regulatorni proteini kod bakterija mogu se vezati na više mjesta u genomu i izvršiti represiju transkripcije jednog operona, a aktivaciju transkripcije drugog, što praktično znači da jedan isti protein može imati i ulogu represora i ulogu aktivatora. Način djelovanja regulatornog proteina zavisi od rastojanja između mjesta na DNKza koje se vezuje regulatorni protein i mjesta za koje se vezuje RNK polimeraza. Ako se ta dva mjesta preklapaju, onda vezivanje regulatornog proteina onemogućuje vezivanje enzima pa protein djeluje kao represor transkripcije.

Ukoliko se vezivna mjesta nalaze u blizini, onda vezivanje regulatornog proteina može olakšati vezivanje RNK polimeraze i stimulisati inicijaciju transkripcije pa u tom slučaju protein deluje kao aktivator transkripcije.

Atenuacija – Regulacija transkripcije triptofanskog operona

Atenuacija je mehanizam kontrole transkripcije kojim bakterija reguliše ekspresiju mnogih operona koji kodiraju enzime uključene u biosintezu aminokiselina. Ovaj mehanizam je bio otkriven kada je izučavana regulacija transkripcije triptofanskog operona (trp operon)

Medicinski fakultet - Banja Luka

prethodno !metilirani gen kodira, da taj protein sintetišu. DNK blastomera je na ranim stepenima brazdanja, a potom nastupa demetilacija i počinje diferencijacija ćelija. Eliminacija geiia predstavlja pojavu da se određeni dio genetskog materijala gubi i predstavlja jedan od mehanizama regulacije genske ekspresije. Ovaj vid regulacije uočen je kod valjkastih crva i nekih vrsta insekata, međutim nema podataka da je zabiljezen kod sisara. Amplifikacija gena podrazumijeva da se određene DNK sekvence nakon replikacije nalaze u znatno većem broju kopija, nego u parentalnom DNK lancu. U toku razvoja može doći do selektivne amplifikacije gena u određenim tkivima ili ćelijama. Preraspodjela gena se odnosi na pojavu da određeni geni mijenjajući svoju poziciju u genomu postaju manje ili više skloni ekspresiji. Ova pojava je naročito značajna za diferencijaciju ćelija plazmocita koje produkuju antitijela. Heterohromatiriizacija je kondenzacija hromatina, pri čemu se vrši selektivna genska ekspresija: Euhromatin (disperzan), prelazi u heterohromatin (kondenzovan), dodatnom spiralizacijom (superspiralizacijom) koju omogućavaju proteini (histoni) koji se na određeni način vezuju za DNK (nastaju nukleozomi). Hemijska modifikacija histona utiče na stepen ekspresije gena. Ukoliko se histonima adiraju funkcionalne grupe (acetil, fosfo), dolazi do pojačavanja aktivnosti gerna, tj. nivoa transkripcije. Acetilacijom ili fosforilacijom histonskih proteina, vrši se njihovo odvajanje od DNK, pa na taj način DNK heliks postaje pristupačan za prevođenje u RNK. Tako je uočeno, da je u regionima ·aktivnih gena, hromatin disperzan (euhromatin), dok je kod neaktivnih gena uočen kondenzovan hromatin (heterohromatin).

22. REGULACIJA SINTEZE PROTEINA EUKARIOTA NA NIVOU TRANSKIPCIJE

Kod eukariota postoje četiri klase gena. Prva klasa su geni produktori (GP), na cčijoj matrici se sintetiše iRNK i sekvencu ovih gena čine single sekvence. Druga klasa gena su geni receptori (RG), koji kada nagrade kompleks sa aktivatorskim molekulima, aktiviraju gene produktore koji prethodno nisu bili aktivni, jer su vezani za histonske proteine. Prema hemijskoj prirodi aktivatorski molekuli mogu biti priteini ili iRNK-aktivatorni molekul. Taj iRNK aktivatorni molekul se sintetiše na trećoj klasi gena, geni integratori (GI). Da bi se gen integrator aktivirao, neophodno je prisustvo četvrte klase gena, senzornog gena (SG). GI se aktivira tako što se razne indukcione supstance vezuju za senzorni gen. Tada senzorni gen

Medicinski fakultet - Banja Luka

aktivira gen integrator, GI sintetiše iRNK-aktivatorni molekul (AM), koji locira receptorski gen i vezujući se za njega, vrši aktivaciju gena produktora. Ovaj kompleks gena predstavlja komplikovanu kaskadu procesa, pri čemu stepen aktivacije gena, zavisi od aktivnosti gena produktora. Veliki broj gena kod eukariota je transkripciono aktivan, ali se ćelije mešusobno razlikuju i diferenciraju zbog intenziteta transkripcije gena specifičnih za te ćelije. U kontroli ekspresije gena učestvuju delovi molekula DNK (cis-elementi) i transkripcioni faktori (trans- elementi), koji su po hemijskoj prirodi proteini. U cis-elemente spadaju specifične sekvence koje omogućavaju i modulišu gensku ekspresiju. Prva grupa cis-elemenata su promotorske sekvence. Promotor predstavlja mjesto za koje će se vezati neka od RNK polimeraza (I, II, III), kao i neki od brojnih transkripcionih faktora. On se nalazi uzvodno od gena i sastoji se od nekoliko vrsta sekvenci. Najdalje od kodirajućeg regiona nalazi se GC box, zatim CAAT box i najbliže kodirajućem regionu nalazi se TATA box. Druga grupa cis-elemenata su pojačivaći transkripcije. Oni se najčešže nalaze uzvodno od gena u sastavu promotora, ali se mogu naći i u okviru kodirajućeg dijela gena. Njihova uloga je pojačavanje intenziteta transkripcije i sinteze iRNK. Treća grupa cis-elemenata su REs elementi. REs elementi su određene sekvence koje odgovaraju na prisustvo signata (hormoni, faktori rastenja, interferoni), pri čemu pojačavaju intenzitet transkripcije. REs elementi se razlikuju od pojačivaća jedino u tome što vrše pojačavanje transkripcije, tek nakon indukcije sa odgovarajućim hemijskim signalima. Pod pojmom trans-elemenata podrazumijeva se više grupa transkripcionih faktora. Postoje tri grup transkripcionih faktora: opšti, specificni i inducibilni faktori. Prisustvo opštih transkripcionih faktora ustanovljeno je u svim tipovima eukariotskih ćelija. Oni omogućavaju dovođenje RNK polimeraze II do promotota i njeno vezivanje za promotorske boksove. Postoji oko 7 proteina koji su opšti transkripcioni faktori i djeluju na RNK polimerazu II, a to su TF II (A, B, D, E, F, H i J). Nakon njihovog vezivanja za RNK polimerazu II na promotorskom mjestu, stvara se preinicijacioni kompleks (PIK) koji se aktivira fosforilacijom preko ATP i započinje transkripciju. Specifični transkripcioni faktori su precizno determinisani za određeni tip ćelije, , kao i za određeni dio životnog ciklusa, fiziološko ili patološko stanje. Ovaj tip faktora vezuje se za pojačivaće, ali i za PIK. Na ovaj način se pojačava ekspresija specifičnog gena. U klasu inducibilnih transkripcionih faktora spadaju regulatorni proteini koji moraju da budu aktivirani djelovanjem hormona ili nekog drugog molekula. lnducibilni faktori se vezuju za REs elemente, i djeluju tako sto pojačavaju intenzitet transkripcije. Trans-elementi su podijeljeni i prema prostrnoj konfiguraciji molekula

Medicinski fakultet - Banja Luka

organizma. Prema prirodi interakcije sa postojećim genima istog lokusa, novonastali aleli mogu biti dominantni, recesivni ili među njima nema odnosa funkcionalne dominacije. Saglasno konvencionalnim kriterijumima, novonastali mutanti se mogu označiti kao: izomorf, amorf, hipomorf, hipermorf, neomorf i antimorf, pri čemu prefiksi ovih odrednica označavaju prirodu i smjer mutiranja funkcije ishodišnog alela (“divljeg tipa”).

Stroga pravila komplementarne autoreprodukcije genetičkog materijala, na kojima inače počiva stabilnost i ponovljivost karakterističnih osobina svih živih bića, u relativno rijetkim slučajevima bivaju narušena. Tako, npr. prilikom duplikacije nekog polu-lanca DNK, za jedan od adenina može se pogrešno vezati citozin, pa umjesto normalnog para A–T nastaje neočekivani A–C. Kada je riječ o polaznom polu-lancu (s adeninom), već nakon prve diobe posmatrane molekule DNK, u procesu njegove duplikacije, ta greška će biti ispravljena i sve njegove naredne kopije će na pogođenom mjestu imati normalni A–T par nukleotida. Međutim, polu-lanac sa pogrešno ugrađenim citozinom će se u prvoj normalnoj duplikaciji vezati sa prirodno komplementarnom bazom guaninom u par C–G, koji nije karakerističan za datu poziciju u izvornom lancu DNK. Time se mutacija stabilizuje, a novi par ponavlja u nizu narednih kopija izmijenjene DNK.

Genske mutacije su, prema tome, posljedica greške u kopiranju (duplikaciji) lanaca DNK. Promjena samo jednog para nukleotida u zahvaćenom genu može imati krupne posljedice u njegovoj funkciji. Mutabilnost pojedinih gena značajno varira.

25. HEMIJSKI MUTAGENI

Faktori (agensi) sredine koji mogu biti fizičkog, hemijskog ili biološkog porijekla, a mogu prouzrokovati mutacije, nazivaju se mutageni.

Hemijski mutageni su:

• pesticidi (insekticidi, herbicidi, fungicidi, baktericidi);
• hemijski dodaci hrani i piću (konzervansi, aditivi, zaslađivači i dr.);
• hemijski zagađivači vazduha: SO (^) 2, CO (^) 2, CO, NO (^) 2;
• neki kozmetički preparati;
• neki lijekovi; i
• (^) neki antibiotici. Prema dejstvu hemijskih mutagena na molekul DNK mogu se razlikovati:

Medicinski fakultet - Banja Luka

• analozi baza (izazivaju tranziciju, transverziju ili deleciju samo u toku replikacije DNK;
• neke hemikalije (alkilirajući agensi izazivaju tranziciju, transverziju ili deleciju u toku replikacije (S-faze), ali i u ostalim fazama ćelijskog ciklusa);
• metilirajući agensi;
• policiklični ugljikovodici;
• DNK interkalirajući agensi ugrađuju se između baza susjednih lanaca i deformišu lanac DNK;
• agensi koji premošćuju dva lanaca DNK;
• oksidativni radikali. 26. FIZIČKI MUTAGENI Fizički mutageni su najčešće jonizujuća zračenja koja mogu biti talasne (X.zraci, gama-zraci) ili čestične (elektroni, alfa-zraci, neutroni, pozitroni) prirode. Jonizujuća zračenja djeluju tako sto usljed velike količine energije koju posjeduju, jonizuju molekule, pretvarajući ih u slobodne radikale (visoko reaktivne čestice), koji prouzrokuju oštećenja DNK molekula. Ta oštećenja indukuju greške pri sparivanju baza u toku replikacije; što uzrokuje baznu supstituciju. Takođe mogu izazvati raskidarnje estarskih veza, stvarati prekide naDNK molekulu i onemogućiti ekspresiju gena (transkripciju).

UV-zračenje koje nije jonizujuće prirode spada u klasu fizičkih mutagena. Ono djeluje na ćelije epidermisa i na nivou DNK tih ćelija izaziva stvaranje pirimidinskih dimera (dimeri timina), tako što slabi dvostruku vezu između četvrtog i petog C-atoma timina, omogućavajući stvaranje dimera između dva susjedna timina umjesto komplementarnog vezivanja sa nasuprotnim. DNK lancem. Osobina dimera timina je da zbog stvaranja praznine sprječavaju replikaciju DNK i dovode do pogrešnog sparivanja baza. Visoka temperatura klasifikuje se i kao fizički mutagen, što se često zanemaruje.

27. MEHANIZMI POPRAVKE DNK MOLEKULE

U toku replikacije, kao i pored nje moguće je da dođe do pojave greške (mutacije) u normalnoj sekvenci DNK.

Medicinski fakultet - Banja Luka