MOLEKULARNA BIOLOGIJA
-ima važnu ulogu u svim aspektima temeljnih bioloških istraživanja (biotehnologija, biomedicina); usko vezana uz biokemiju, genetiku -bavi se proučavanjem biološke aktivnosti molekula -sve stanice potječu od zajedničkog prvobitnog pretka PRVA STANICA -pretho -prethodi di kemijska evolucija - nastanak organskih molekula (A, nukleotidi, še!eri, masne kiseline) te se naknadno polimeriziraju monomerne jedinice -Stanley-Mil "#$%-i %-ih& h& meta metan, n, amon amonij ijak ak,, vo vodi dik, k, vo voda da pod uvjetima uvjetima Stanley-Miller ler-ov -ov pokus "#$ električnog izbijanja aldehidi, aminokiseline, itd' -kritič -kritična na točka točka evoluci evolucije je molekul molekulaa koja koja !e se samorep samoreplic licira irati ti - samorepl samoreplici iciraj raju!a u!a molekula *A -MOL!"LARNA VOL"CI#A - +id Altman i om echa ("#.%) otkri!e da je *A sposobna katalizirati odre/eni broj kemijskih reakcija, polimerizacija nukleotida *A - jedinstvena sposobnost da služi kao kalup i da katalizira vlastitu reprodukciju -središnja dogma molekularne biologije počinje sinteza od *A -ogra/ivanje samoumnažavaju!e *A 0os0olipidnom membranom -evo -evolu luci cija ja u prav pravcu cu stan stanič ično nogg meta metabo boli lizm zmaa glikoliza, glikoliza, 0otosinteza 0otosinteza,, oksidativna oksidativna 0os0orilacija (prije) danas metabolička energija (A1) (A1) -eukariotske stanice (biljna stanica i životinjska stanica male razlike) 2*A - jezgra, mitohondriji -tkiva - tipične biljne i životinjske stanice, stanice unutar tkiva isti molekularni principi -božansk -božanskaa čestica čestica-- 3*-ov 3*-ovii znanst znanstveni venici ci smatra smatraju ju da !e otkriv otkriven en 4iggsov 4iggsov boz bozon on pomo!i pri objašnjavanju& 5ašto mi, kao i ostatak svemira, postojimo6 -STANI$NA TRAPI#A-klinička primjena staničnog i7ili tkivnog presatka na tkivo živog organizma u cilju tretiranja ozlijeda, odnosno održavanje op!eg zdravlja životinje -mat -matič ične ne stan stanic icee - plur plurip ipot oten entn tnee (u odre odre/e /eno nom m medi mediju ju - stva stvara raju ju se razl različ ičit itee specijalizirane stanice) -0ibroblasti - potaknuti 0aktorom rasta trombocita (1289) -endotelne stanice - proli0eracija (:389) -autologni stan'7tkivni presadak -alogeni stan'7tkivni presadak -ksenogeni stan'7tkivni presadak -primarna kultura - u prvoj bočici do kad ne počnu prerastati (in vitro) -sekundarna kultura -srčani -srčani zalisci zalisci svinje svinje čovjek (uglavnom nema odbacivanja uz imunosupresore ili kemoterapeutike)
STANI$NI STANI$NI CI!L"S I N#%OV N# %OVA A R%"LACI#A (+tanica - molekularni pristup pr istup : dio& $<"-=>%' str') -stanični ciklus - vremenski period u kojem se radnje odvijaju istim redosljedom, istim tokom; slijed doga/aja koji se ciklički ponavlja u stanicama koje se dijele -životni vijek stanice iznosi samo nekoliko staničnih ciklusa -apoptoza - programirana smrt stanice -inter0aza (8",+,8>) ili mitoza traju od ".-> skupine molekula)& CI!LIN - konc koncent entraci racija ja se se mije mijenja nja tijekom tijekom stanič staničnih nih ciklus ciklusaa - evoluci evolucijsk jskii postoja postojane ne moleku molekule, le, norma normalan lan rast rast i razvi razvitak tak mogu mogu!! zbog tih tih molekula - inhi inhibi bira raju ju se enz enzim imii koji koji razgr razgra/u a/uju ju mol moleku ekule le - na osnovi osnovi koncen koncentra tracij cijee ciklina ciklina se odre/u odre/uje je 0aza 0aza staničn staničnog og ciklus ciklusaa stanice stanice
CI!LIN OVSN !INA' - konc koncent entraci racija ja se se ne mijenj mijenjaa tijek tijekom om stani stanični čnihh ciklu ciklusa sa
>
-T"MORS!O T!IVO - kemoterapeutici - djeluju na koncentraciju ciklina aktiviraju enzime za cikline da ih brže razgrade uzrokuju programiranu smrt stanice - kraj dijeljenja - apoptoza -dugo se prati stanicareceptorimetastaze -ciklin nije " molekula, ve! nekoliko njih 38BA@* @?13+ *A25@A +A*D*@8 B+A -E kontrolne točke (unutarnje kontrolne točke) koje se nalaze& "' na kraju 8" 0aze (sredina) >' na kraju 8> 0aze (pred kraj) E' meta0aza mitoze
SP( kompleks - prva kontrolna to)ka ciklini prevode stanicu iz 8o u 8" 0azu nakon što se povezane molekule po principu ključ-brava, počinje kontrola (prva) unazad do 8o 0aze MP( kompleks - *ru+a kontrolna to)ka kontrola unazad do prethodne kontrolne točke
-nakon prve točke kad se ciklini razgrade, njihov manjak koncentracije FguraG stanicu u +-0azu, kad stanica izlazi iz +-0aze ide u signalnu molekulu 2*A -ponovno pove!anje koncentracije ciklina do stvaranja kompleksa -drugo opet razgradnja ciklina stanica ulazi u mitozu, poslije mitoze kraj staničnog ciklusa @H ?@3BA*3 +8*A5AC3 +A*3 "' izravno djelovanje >' pomo!u izlučenih molekula E' lokalno - parakrino (molekula stvara i djeluje na stanice u njenoj blizini neurotransmiteri) - autokrino ( stanica sama stvara molekulu koja se vra!a na njenu membranu tumorske stanice - aktiviraju samoproli0eriraju!i gen) 1@5:* 38BA@ A+A ") ?itogeni >) Dimbenici rasta E) 4ormoni (hormoni rasta, tiroksin, inzulin) <) ?akromolekule izvanstaničnog matriksa (laminin, 0ibronektin) >) Dimbenici rasta (podjela s obzirom na vrijeme i način djelovanja na stanicu u staničnom ciklusu)& a) 9aktori kompetencije b) 9aktori progresije (uključuju se poslije7tijekom 8"-0aze), dovode stanice do +stadija
E
-molekule čimbenika& 1289, 389, 989 aktiviraju cikline i ciklin ovisne kinaze *38A:* 38BA@ A+A -u stanicama 0iziološki prisutni u 8o 0azi staničnog ciklusa& a) *-proteini& p"$, p"=, p". - inhibiraju aktiviranje protein kinaze b) 171 proteini& p>", p>I' p$I - inhibiraju aktiviranje kompleksa protein kinaza i ciklina -p>"-čuva naš organizam - štiti stanice od svih ne0izioloških staničnih procesa -tumor supresorski +eni ,ON!O%NO- ako se ne pojave - genska terapija ugradnja gena za taj protein a) b protein b) 1$E protein c) 1>" protein d) 89J
-STANI$NI PROTOON!O%NI-eukariotski geni sačuvani tijekom evolucije koji upravljaju sintezom proteina, proli0eracijom i di0erencijacijom normalnih stanica -ras, src, abl, 0gr, rel, itd' -zna se sekcenca tih gena -kodiraju proteine koji su podložni reguliranoj aktivaciji (protoonkoproteini) -STANI$NI ON!O%NI-geni koji uzrokuju mali+nu trans.ormaciju stanica -u genomu djeluju kao dominantni geni
A/0'I#S! MOL!"L -adhezija - prijanjanje, osnovna 0iziološka osobina svake stanice, usko povezana s osnovnim 0iziološkim staničnim procesima, npr' proli0eracija, migracija, di0erencijacija i smrt stanice -sposobnost stanica da se me/usobno povežu i komuniciraju -adhezijske molekule su druga skupina molekula koja sudjeluje u nadzoru staničnog ciklusa -stanične strukture koje omogu!uju adheziju& ijesna veza 5ona adherens 2ezmosom 9okal kontakt 4emidezmosom -direktno se povezuju (stanica-stanica) tijesna veza, zona adherens i dezmosom -indirektno (stanica-matriks-stanica) 0okal kontakt i hemidezmosom -adhezija stanične veze& a) 2irektno (stanica stanica) b) ndirektno (stanica matriks stanica) <
-molekularne adhezije - mehanizmi povezivanja& a) 4omotropni istovrsni adhezini b) 4eterotropni raznovrsni adhezini -A2435* A2435C+3 ?@3B3-dijele se u < skupine, na osnovi genske srodnosti, strukture te 0unkcionalne bliskosti& 1 !A/0RINI 2 INT%RINI 3 A/0'I#S! MOL!"L I' PORO/IC IM"NO%LO4"LINA 5 SL!TINI -adhezijske molekule se nazivaju - CAMs ili cell adhesion molecules -transmembranski receptori (glikoproteini) -jednostanični organizmi - komuniciraju s okolinom A243* -nalaze se u točno odre/enim strukturama povezivanja -prisutni u direktnoj vezi (zona adherens i dezmosom) -u citosolu veza sa aktinskim ili intermedijarnim 0ilamentima -homotropni mehanizam povezivanja -osiguravaju doticaje stanica u tkivima kralježnjaka i beskralježnjaka najznačajnije makromolekule koje to omogu!uju -sve dok normalno 0unkcioniraju inakt' drugih adhezijskih sustava malo utječe na staničnu adheziju -podskupine kadherina (male razlike u strukturi)& 3-kadherini epitelne stanice kože *-kadherini živčane i miši!ne stanice 1-kadherini stanice placente i epidermisa -struktura kadherina-transmembranski glikoprotein -jednostruki lanci -u izvanstaničnoj domeni nalazi se $ regija koje sadrže "%% aminokiselina, od $ domena ima "' koja sadrži kalcijeve ione -< regije su homologne i odgovorne za vezanje iona kalcija -nalazi se i aminokiselinski slijed prepoznatljivosti (4is-Ala-:al) -biološka 0unkcija-raznolika, tijekom embriogeneze *38* -adherini stanična struktura& 0okal kontakt i hemidezmosom -indirektna veza -homotropni mehanizam -izvanstanični matriks, 0ibrionogen -heterodimerne molekule -gra/a& > podjedinice K i J lanci -sekvence aminokiselina preko kojih se spajaju -nalaze se na beta-lancu i ondje je uvijek A slijed (Arg-8lL-Asp) kojim prepoznaje i veže ligand
$
-. podskupina integrina (zbog razlika u al0a-lancu)& o . različitih beta-lanaca o ". različitih al0a-lanaca -biološka 0unkcija- di0erenciranje stanica tijekom embriogeneze - organogeneza tijekom embrionalnog razvitka - prijenos impulsa do gena - sami pokre!u transkripcijske 0aktore A2435* 5 1@@23 ?B*@8@HB*A -zajedničke strukturalne osobitosti sa imunoglobulinima (g) -0unkcionalno su transmembranski proteini -direktna veza -jednolančani transmembranski adhezini -homo7heterotropni mehanizmi povezivanja -omogu!uju zgrušavanje krvi, dijapedezu, kemotaksiju leukocita +33* -heterotropne veze -direktne veze -,3 i 1 podtipovi -adhezini su krvnih stanica (jedni od osnovnih) -eritrociti se nikada ne povezuju (osim patološki), 0iziološki u konja roleauM 0ormacija -migracija leukocita i trombocita iz cirkulacije do mjesta upale (u interakciji sa integrinima) ?3@23 ?@3BA*3 H@@8C3 ?B*@@3?CA ?B*@4+@3?CA -uro/ena de0icijencija integrina& ") 4olstein pasmine goveda, irski seteri nedostatak, podložni in0ekcijama Staphylococcus aureus (in0ekcije pupkovine); sporije zarastanje rana >) +manjena mogu!nost zaustavljanja krvarenja -stečena de0icijencija integrina& glikoprotein iz pasje trakavice -pojačana ekspresija integrina& ") Ateroskleroza >) ?etastaziranje tumorskih stanica - maligna oboljenja E) Ne!erna bolest <) 1ušenje
=
P"T PRI#NOSA STANI$NO% SI%NALA (+tanica - molekularni pristup& $<"-$$I str') 1reduvjeti za staničnu signalizaciju& ") +tanični signal >) +tanična adhezija :ezanje na receptor 9os0orilacija staničnog dijela proteina "$ minuta nakon vezanja čimbenika - indukcija gena ranog odgovora i njihova transkripcija (protoonkogena) -stanični membranski receptori& receptori vezani za 8-proteine receptorske tirozinske kinaze citokinski receptori receptori povezani s drugim enzimnim aktivnostima nereceptorske tirozin kinaze -E tipa površinskih receptora& 8-protein Aktivacija tirozinske kinaze :ezani za ionske kanale
TIRO'IN !INA' -jednolančane molekule; jednolančani sa sekvencama koje daju gen za tirozin kinazu -kada se molekula veže na receptor -lanac se dimerizira (čim do/e signalna molekula) spoje se i obuhvate je (> ista lanca koja prihvate molekulu) -0os0orilacija - aktivira molekulu -vezanje preko +4> domene A!TIVACI#A %-PROTINA -8 protein - nije transmembranski protein -receptor se veže -aktivacija 8-proteina -E podjedinice& al0a, beta i gama podjedinice -vezanjem signalne molekule na receptor, 821 prelazi u 81 i aktivira 8 protein razdvajanje 8proteina na > podjedinice ,6 i 789 -6 podjedinica veže se na a*enil-cikla&u (transmembranski protein) i aktivira je adenil ciklaza aktivira cA?1 (ciklički adenozin-mono0os0at) koji pritom aktivira protein kinazu koja odlazi prema transkripcijskom 0aktoru 3H i aktivira ga pokre:e se transkripcija -J i O ostaju kao jedinstveni kompleks
I
%NI I N#I0OVA !SPRSI#A -Patson i rick - *obelova nagrada "#$.' -centralna dogma ekspresije gena 2*A (geni)
ranskrip 'ija
m*A
t*A translacija
protein
-2*A ne replicira samu sebe ve! i druge vrste molekula (m*A, t*A) -*A se replicira i u virusima iz porodice etroviridae - retrovirusi, pomo!u enzima rever&na transkripta&a -osalind 9ranklin poznavala tehniku izrade kristala sa različitim molekulama koje je rendgenski slikala i otkrila da je 2*A dvostruka uzvojnica, spiralna molekula (otkri!e za koje su Patson i rick dobili *obelovu nagradu "#$.') -2*A podjedinice nukleotida su A,8, , (nazivaju se i monomera nukleoti*a) -baza za ugljikohidrat vezana pomo!u *-glikozidne veze -poredak monomera nukleotida u polimernom lancu 2*A (u smjeru $Q - EQ) je genetički kod, uputa za poredak aminokiselina u proteinu koji ta speci0ična sekvenca odre/uje
;< - 3< 42@+* AC -@4 skupina u še!eru; možemo vezati nukleotide
9@+9A* AC -vezno mjesto baze za še!er; ne može se vezati nukleotid
-baze se povezuju tzv' vodikovim mostovima -me/u bazama mogu biti dvostruki ili trostruki vodikovi mostovi
A
T
C
%
-adenin i timin povezani su dvostrukim, a citozin i gvanin trostrukim vodikom mostom
.
;< - 3< ;< - 3< -antikomplementarnost me/u > dijela uzvojnice 2*A -gen-od početka npr' TATA 4O=, dio gena tripleti; završetak gena STOP -u 2*A se nalazi uputa u obliku tripleta -svojstva Patson-rick-ova modela dvolančane uzvojnice& > nukleotidna lanca namotana oko zajedničke osi lanci su obrnutog smjera (antikomplementarnost) -genomska 2*A može biti linearna i kružna -kod prokariota odvija se binarna dioba -kod eukariota 2*A pakirana je u kromosome -mito>on*rijska /NA ,mt/NA - dvostruki lanac kovalentno zavijen u prsten -4+@*-proteini namotana 2*A -. komada histona (paket) oko kojih je namotana 2*A čine tzv' nukleosom -kuglasta ve!a nakupina histona oko kojih je namotana 2*A nazivaju se solenoi*i -slobodan dio 2*A izme/u vezanja na histone je mjesto na kojem se odvija crossing over 31ACA -origina ili ishodište za replikaciju pukotine 3c 0LI!A'A - sječe vodikove mostove 3c /NA POLIMRA'A vode!i lanac nova molekula 2*A PRIMR -mala *A molekula, nakon nje u rad se uključuje 2*A polimeraza -O!A'I#VI (RA%MNTI-gotovi parovi nukleotida radi potrebe preklapanja komplementarnih baza 3c LI%A'A - umnažanja 2*A - provjerava jesu li svi nukleotidi komplementarni -proces replikacije završava procesom spirali&acije
TRANS!RIPCI#A %NS! IN(ORMACI# -A*+1CA-proces sinteze m*A molekula na osnovi 2*A kalupa, dok se sinteza proteina pomo!u m*A-kalupa naziva translacija ili prevo/enje -kod prokariota postoji samo " vrsta *A polimeraza -kod eukariota postoji više vrsta *A polimeraza -*A polimeraza eukariotskih stanica ne može sama započeti transkripciju, ve! uz postojanje transkripcijski> .aktora -RNA polimera&a II bez nje nema prepisivanja -inicijacijaelongacijaterminacija #
A A kod - promotorno mjesto FAA H@RG - najslabije povezana mjesta na 2*A i ovdje se odvija početak odvrtanja spiralizirane molekule -*A polimeraza mora prepoznati mjesto gdje je započelo odvrtanje -kodiraju!e područje-odgovorna za raspored A u primarnoj strukturi proteina -*@*-nekodiraju!e regije -+@1 regija - završetak -sinteza proteina odvija se na poliribosomima
M"TACI# -svaka promjena na 2*A nastala spontano ili inducirano vanjskim agensima naziva se mutacija -razlikujemo& a) mutacija +enoma - promjena broja kromosoma b) mutacija kromosoma - promjena oblika i redosljeda gena c) mutacija +ena - promjena strukture gena ?BAC3 83*@?A -euploi*ija- normalni broj kromosoma za neku vrstu ( >* somatske; * gamete) -aneuploi*ija- promjenjeni broj kromosoma& autosomatska aneuploi*ija - 2oSn-ov sindrom tj' trisomija >"' kromosoma u ljudi >eterosomatska aneuploi*ija - promjenjen broj spolnih kromosoma, nastaje radi greške u mejozi; razlikujemo& urnerov sindrom ženska jedinka sa "R kromosomom (R %) linen0elterov sindrom muška jedinka sa > ili E R kromosoma (RRT ili RRRT) -poliploi*ija-pove!ani broj kromosoma, najčeš!e kod endomitoze; česta pojava u biljaka kada gamete nastanu iz somatskih stanica mitozom, a ne mejozom
?BAC3 @?@+@?A -translokacija- na homolozima, najčeš!e pri Fcrossing-overG-u -*elecija- dio otpada sa kromosoma -inver&ija- zapravo translokacija na istom kromosomu -*uplikacija
"%
?BAC3 83*A - točkaste mutacije promjene u redosljedu nukleotida& zamjene jedne baze drugom (supstitucija) gubitka jedne baze ili više baza (delecija ili de0icijencija) umetanja jedne ili više baza (adicija ili insercija) 9BC+3 -izazivanje promjena u strukturi proteina tj' 0enotipu promjene 0unkcije ili je dokinu *39B*C+3 -ne izazivaju promjene u strukturi proteina tj' 0enotipu Uistovjetne mutacije Uintronske mutacije - pogo/ena nekodiraju!a 2*A ili ?junk-/NA@ -multipli alelomor.i- višestruke mutacije -krvne grupe A,H, % -kuni! aguti, sivi, albino -tkivni 0aktori u transplatacijama -letalni +eni- u homozigota izazivaju smrt -mutacije >eterokromosoma& -u ženskih jedinki kada su dominantni -u muških jedinki uvijek (daltonizam, hemo0ilija itd')
!ONTROLA !SPRSI#A %NA ILI R%"LACI#A SINT' PROTINA -različite stanice (tkivne loze) -odre/eno vrijeme u razvoju tkiva (embrionalni razvoj) -odgovor na podražaje iz okoline (npr' hormoni, indukcija) -in*ukcija-inducirani enzimi 3' coli Foperon modelG (Cacob i ?onod) -represija- konstruktivni enzimi 3' coli LAC operon ,1B1 - CacVues ?onod i 9rancois Cacob *obelova nagrada "#=$' A@5A c 4TA-%ALA!TO'I/A'A 8B@5AW8AA@5A -regulacija aktivnosti gena u eukariota se odvija na = razina& "' kontrola transkripcije >' kontrola obrade m*A E' kontrola transporta <' kontrola razgradnje $' kontrola translacije =' kontrola aktivnosti proteina
""
ontrola transkripcije
ontrola transporta
2* A
pre m*A
mRNA
ontrola obrade m *A
ontrola razgradnje
C358A
mRNA
inaktivirana m*A
ontrola translacije
@1A5?A
naktivni protein
PROTIN ontrola aktivnosti proteina
">
M0ANI'MI RPARACI# MOL!"L /NA -razlikujemo nekoliko načina reparacije 2*A& 1 I'RAVNI POPRAVA! izravni obrat kemijske reakcije odgovorne za ošte!enje 2*A pirimidinski dimeri i alkilirani gvaninski ostaci 0otoreaktivacija - pirimidinski prsten karakterističan za bakterije, kvasce i mnoge druge organizme, ali ne i za čovjeka energija vidljive svjetlosti kida veze ciklobutanskog prstena 9@@3A:ACA - "#<#'; bakterija Streptomyces griseus označena B: svjetlom AA*+93A53 - enzimi alkil-trans0eraze uklanjaju alkilne grupe; metiltrans0eraza se uklanja sa baze, na/en mehanizam i kod čovjeka 2 POPRAVA! I'R'IVAN#M ,!SCI'I#S!I POPRAVA! popravak izrezivanjem baza uracil nastao deaminacijom citozina 2*A glikozilaza kida glikozidnu vezu izme/u baze i še!era A1 nastaje - apirimidinsko područje A1 endonukleaza kida lanac 2*A 2eoksiriboza-0os0odiesteraza kida še!er i 0os0at 2*A polimeraza popunjava odgovaraju!im nukleotidima 2*A ligaza 2*A helikaza 1@1A:A ?*+@8 2?3A 535:A*C3? *B3@2A& - uklanja se dio oligonukleotida u kojem je ošte!enje - ekscinukleaza kida lanac na EX i $X kraju - helikaza odvaja oligonukleotid - 2*A polimeraza i ligaza pune pukotinu 1@1A:A :@ +1A3*4 HA5A& - provjera novoreplicirane 2*A - mutacija - karcinom debelog crijeva - uklanjaju se pogrješno sparene baze u novorepliciranih 2*A koja za razliku od roditeljskog lanca nije metilirana - MutSD MutLD Mut0 proteini se vežu na mjesto ošte!enja 3 POPRAVA! S!LON PO%R#E!AMA alternativni mehanizam popravka na 2*A tijekom replikacije postoje 2*A polimeraze koje mogu izvršiti replikaciju i preko mjesta ošte!enja 2*A prva polimeraza otkrivena je "###' na 3'coli 5 R!OM4INACI#S!I POPRAVA! prisutnost timidinskog dimera blokira replikaciju, ali 2*A polimeraza može zaobi!i leziju i ponovno započeti replikaciju nizvodno od dimera kao rezultat toga, nasuprot dimera u novosintetiziranom lancu nastaje pukotina koja se popunjava rekombinacijom s neošte!enim roditeljskim lancem
"E
RPLI!ACI#AD TRANS!RIPCI#A I TRANSLACI#A ,po*sjetnik
RPLI!ACI#A - > lanca, odmotava se cijela molekula 2*A - *A preimer *A polimeraza (prorezi) - ligaza - spiralizacija lanaca - replikacija se doga/a u jezgri, jer su tamo 2*A i *A - despiralizacija (replikacija) + Y stadij inter0aze (s kao sLnthesis) - prisutne molekule& "' vode!i lanac $Z-EZ >' zaostaju!i lanac EZ-$Z (možemo dodati samo 0ragmente-nukleotide; @kazakijevi 0ragmenti) - replikacija prirodno niti umjetno ne može početi bez preimer-a (mala *A molekula) - molekula koja ne dozvoljava spiralizaciju naziva se /NA-i&otopomera&a
TRANS!RIPCI#A I TRANSLACI#A - proces počinje despiralizacijom Y vrši je RNA polimera&a II - odmotava se samo dio 2*A m*A - stvara se transkripcijski mjehur - *A polimeraza m*A dok ne sazrije ostaje u jezgri, onda izlazi van - m*A putuje u citopla&mu, dolazi na riFosom - ribosom se sastoji od velike i male podjedinice - na velikoj podjedinici nalazimo mjesto 1 i A - mala podjedinica prepoznaje mjesto AB8 (ši0ra za metionin-?et) - mala podjedinica veže se za veliku podjedinicu - t*A (antikodon, aminokiselina) - m*A nalegne u procjep na poliribosomu - +@1 BA8 (stop 0aktor) ili releasin+ .actor - postranslacijske modi0ikacije (glikozilacija, hidroksilacija, deaminacija, karboksilacija itd')
RA'LI!A I'MG" mRNA I tRNA r*A nosioc je kodona, glasnik
t*A nosi aminokiseline i antikodon na veliku podjedinicu ribosoma
sazrijeva u jezgri nakon transkripcije i služi za sastavljanje baza odlazi u citoplazmu - obje sadrže A, B, 8, - komplementarne - jednolančane - nastaju u jezgri
"<
I'OLACI#A /NA - izolacija 2*A namatanjem na štapi! - elektro0oreza u agaroznom gelu kvanti0ikacije u agaroznom gelu - lančana reakcija polimerazom& - metoda umnožavanja (ampli0ikacije) odsječaka 2*A in vitro - odvija se pomo!u 2*A-polimeraze - denaturiranje - hibridizacija - 0luorescencija - 0orenzika Y može se umnožiti 2*A i iz prilično razgra/enog materijala i iz vrlo malo materijala - identi0ikacija osobe Y najčeš!e koristimo [multipleM 1\ - porijeklo mesa (odre/ivanje vrste životinje od koje meso potječe)
M"TACI# %NA NA MOL!"LARNO# RA'INI 2*A
$Z A8 EZ EZ 8AA 8 $Z AB1 5A A*+1CB m*A $Z BB A8 EZ 1312 eu hr - počinjemo metioninom (?et) 233CA Y doslovno izbrisan nukleotid, pomak okvira čitanja u lijevu stranu, mijenjanje strukture i 0unkcije proteina nema istog slijeda aminokiselina u lancu - dolazi do promjena u 0enotipu ("N!CIONALNA M"TACI#A Y neovisno o intenzitetu učinka na organizam - ona mutacija koja vodi u smrt svojim intenzitetom, naziva se LTALNA ("N!CIONALNA M"TACI#A *+3CA Y pomak okvira čitanja u desnu stranu, nastaje 0unkcionalna mutacija slijed aminokiselina nije isti +B1+BCA Y nema pomaka okvira čitanja a Y tranzicija Y zamjenjuje se isti dušični prsten sa istom bazom (purin purin) b Y transverzija Y pirimidinska baza se zamjenjuje purinskom i obratno *39B*@*A*A ?BACA Y ne dovodi do promjena u 0enotipu
"$
GENETIKA
- @1] 1@C?@:8A?33 - haploidan broj kromosoma (n) nastao mejozom u gonadama, spolne muške i ženske stanice 58@A Y nastala spajanjem muške i ženske gamete, oplo/ena jajna stanica sa diploidnim brojem kromosoma (>n) 83*@1 Y svi kromosomi jednog organizma, jezgra 93*@1 Y [vanjski izgled\; ekspresija gena (sve što je zapisano u genotipu izražava se u 0enotipu) 4@?@@8* @?@+@? Y > jednaka kromosoma A3 Y alelni geni; odre/uju svojstva; smješteni na istim mjestima i istim lokusima na homolognim parovima kromosoma 2@?*A** 83* Y označavaju se velikim slovima, onaj gen koji se izražava 2@?*A**@ +:@C+:@ Y ono svojstvo koje je uvjetovano dominantnim genima (zapisano u genotipu) 33+:* 83* Y označavaju se malim slovima, gen koji se ne!e eksprimirati ukoliko je sa dominantnim genima 33+:*@ +:@C+:@ Y ono svojstvo koje je uvjetovano recesivnim genima 2@?*A** 4@?@58@ Y AA Y jednika koja ima oba dominantna gena ispoljava dominantna svojstva 433@58@ Y Aa Y jednika koja ima > gena kod kojih je jedan dominantan, a jedan recesivan 33+:* 4@?@58@ Y aa Y jedinka koja ima oba recesivna gena lasična genetika& ?endelova pravila mitoza i mejoza odre/ivanje spola (u svrhe detekcije) spolno vezana svojstva (koje se bolesti naslje/uju) kromosomske karte kromosomske promjene (8regor ?endel Y začetnik genetike) ?olekularna genetika& gra/a 2*A kemizam 2*A transkripcija i translacija mutacije i popravci 2*A izvankromosomsko naslje/ivanje (mt2*A) kontrola ekspresije gena kloniranje 2*A
%N H .unkcionalna je*inica nasljeivanja ili najmanje ne*jeljivo mjesto ,lokus na kromosomu o*+ovorno &a neko svojstvo ,o*sje)ak *vostruko+ >eliksa /NA - aleli ili alelomor0i Y na homolognim parovima kromosoma na istom mjestu "=
- odnosi me/u alelima& "' dominantni >' recesivni E' kodominantnost (bitna za odre/ivanje krvnih grupa) <' nepotpuna dominacija $' epistaza - križanac Y različiti roditelji - nepotpuna dominacija Y ne dolazi do ispoljavanja niti jednog homozigotnog svojstva
MN/LOVI 'A!ONI - ?endelovo pravilo uni0ormnosti 9" generacije - ?endelovo pravilo nezavisne segregacije kromosoma - ?endelovo pravilo slobodne kombinacije gameta 1 parijetalna (roditeljska) generacija 8 gamete 9 0ilijalna (sinova) generacija 1ravilo uni0ormnosti 9" generacije - po 0enotipu heterozigoti, po genotipu dominantni - potomci 9" generacije su svi po 0enotipu isti, a po genotipu heterozigoti - računanje po 0ormuli >n n (broj heterozigotnih lokusa) - razlikujemo monohibridno, dihibridno, trihibridno križanje itd' (ovisno o broju svojstava koja pratimo) 1 AA M aa 8 A a 9"' Aa
AAHH M aabb AH M ab AaHb
AAHH M aabbcc AH M abc AaHbc
1ravilo slobodne kombinacije gameta - svaka gameta jednog roditelja može se slobodno spojiti s gametom drugog roditelja iste vrste - jednakovrijednost svih gameta bez obuira na to koje gene one nose
!ROMOSOMS!A OSNOVA MN/LOVI0 PRAVILA - homas ?organ 4unt Y proučavao odnos gena i kromosoma - vinska mušica Y 2rosophila melanogaster, brzo se razmnožava, vidljivi kromosomi, daje mnogo potomaka - normalni 0enotip& duga ticala ravna krila duža od tijela duge noge divlji tip sivo tijelo crvene oči - divlji tip npr' SW ; mutirani tip ima minus, normalan alel je dominantan nad mutiranim alelom "I
L Y LelloS žuto tijelo H Y bar štapičasto oko c0 Y cut 0orked mutirano krilo e Y ebonL tamnocrveno ili crno tijelo se Y sepia crvenosme/a boja očiju ve Y veilent veins mutirane vene bS Y broSn eLes sme/e oči :e Y vestigal zakržljalo, reducirano krilo - kromosomi su nositelji gena - euploidija Y broj kromosoma stalan za vrstu - čovjek ima <= kromosoma @?@+@?+3 ?BAC3 - Aberantni kariotip s delecijom "Eg- rascjep nepca u praseta sa delecijom - Aberantni kariotip s recipročnom translokacijom atresia ani u prasadi
V'ANI %NI - vezani geni su oni koji se nalaze na istom kromosomu - svojstva koja kodiraju vezani geni su vezana svojstva - potpuno7djelomično naslje/ivanje - jedinična udaljenost > gena je ona udaljenost koja ima "^ rekombinacija - postotak rekombinacije ovisi o udaljenosti gena - ve!a udaljenost gena, postotak rekombinacija ve!i - položaj vezanih gena& cis H poloJaj H dva dominantna7recesivna alela na istom kromosomu trans H poloJaj - spolno vezani geni spolno vezana svojstva (npr' daltonizam i hemo0ilija) - 4@A*2D* 83* su geni na T kromosomu Y aktivnih je malo - kromosomi R i T su djelomično homologni kra!i krak T kromosoma u kojemu se nalazi pseudaoautosomatska regija sparuje se s istom takvom regijom kromosoma R - ptice Y ženka ima RT, mužjak ima RR (pro0eno) - svi geni vezani na R kromosomu mogu biti recesivni ili dominantni - spolno vezano recesivno svojstvo ispoljava se& češ!e kod muškaraca žena je obično prenosioc gena (heterozigot), a ako je homozigot, onda se to svojstvo i kod nje ispoljava - regulacija ekspresije R-vezanih gena& kromosom R čini oko =^ genoma čovjeka sisavci (i čovjek) imaju regulacijski sistem kompenzaciju doze -inaktivirani R kromosom Y vidi se u jezgri tjelesnih stanica ženki uz samu jezgrinu ovojnicu kao jače obojano duguljasto tijelo& danas se naziva Harrovo tjelešce - inaktivacija R kromosoma doga/a se nasumce i sasvim slučajno - svojstva uvjetovana spolom seM-in0luenced
".
INTRA!CI#A ALLA ISTO% %NA - potpuna dominacija - nepotpuna dominantnost (intermedijarnost) - kodominacija 1@1B*A 2@?*ACA Y heterozigot Aa ima dominantni 0enotip kao i dominantni AA homozigot *31@1B*A 2@?*A**@+ Y heterozigot je 0enotipska mješavina (intermedijer) dva homozigotna tipa; naslje/ivanje boje perja andaluzijske kokoši @2@?*ACA Y u heterozigota su oba alela; krvne grupe
M"TACI# %NOMAD POLI(NI#AD POLI%NI#A - letalni geni mutacija koja uzrokuje 0enotip koji uzrokuje smrt; nema pravila dominantni ili recesivni - mutacija se razvija postupno; ne mora odmah do!i do smrti - mutacijom gen koji je dominantan može postati recesivan - "#%$' ucien uenot naslje/ivanje boje krzna u miševa - sve što uzrokuje letalitet u miševa žuta boja žuti miš M žuti miš 1 _ž M _ž 9" __ _ž _ž žž - žuti ne preživljavaju, sivi da - na genu za svojstvo boje je mutacija Y letalna; miševi su ugibali zbog enzima koji ne obavlja svoju 0unkciju - 13@1A* BD*A Y gen dominantan u 0enotipu, a recesivan u odnosu na letalnost - 2eMter govedo Y javlja se mutacija na odre/enom genu - normalno se govedo zove erL-govedo Y dominantni homozigot AnAn -AlAn -AlAl letalno - multipli geni - krvne grupe u ljudi imamo AH% sustav; u životinja ?* sustav - eritrociti imaju aglutinogen Y glikoprotein A, H ili AH ili ga nemaju % krvna grupa nema aglutinogena (transmembranskog proteina)
(NOTIP A H % AH
%NOTIP AAAi HHHi ii A H
a+lutinin At H A A,H nema
a+lutino+en A H nema A i H (kodominant')
- h-sustav
"#
BC3AC @@N*4 D?H3*A *A 3+13+CB 83*A POLI%NI#A Y više alelnih parova odgovorno za " svojstvo - polimerni geni - kvantitativna svi geni jednako pridodaju - kvalitativna epistatički (A), hipostatički (a) POLI(NI#A - jedan alelni par gena odgovoran za više 0enotipova - genopatije Y posljedično, vezana miši!na distro0ija mačaka, policistična bolest bubrega (autosomna dominantna bolest), polLdactilia
N MN/LOVO NASL#GIVAN# - učinak majčinskog naslje/ivanja (naslje/ivanje preko citoplazmatskih gena) - geni koji se nalaze u citoplazmi mt2*A, samorepliciraju!a, kružnog oblika - potomak mt2*A od majke i ve!i dio citoplazme; mitohondriji oca u vratu spermija - u biljnoj stanici 2*A i u kloroplastu - ti se geni nalaze na mt2*A - identi0ikacija vrste veliki broj ponavljanih gena - majčinski učinak majčinog genotipa na 0enotip potomaka - genom kloroplasta Y cp2*A geni za cca ">% proteina (za *A, ribosome, enzime 0otosinteze) - genom mitohondija Y mt2*A di0erenciran svaki gen, dvolančana, kružna; ne sadrži introne; ima samo kodiraju!e regije, ljudska mt2*A nosi EI gena (za usporedbu oksidacijska 0os0orilacija zahtijeva =# polipeptida, a "E ih je iz mt2*A) APOPTOZA
- oblik stanične smrti - proces koji omogu!ava kontrolu broja stanica i veličine tkiva i uništava potencijalno štetne stanice (one koje prijete homeostazi organizma) - apoptosis grč' otpadanje liš!a u jesen - kemoterapeutici djeluju na mt2*A (onkogen') odvode stanice onk' u apoptozu - razlikujemo > tipa apoptoze& 1 (I'IOLOE!A APOPTO'A - apoptoza -lim0ocita u timusu - apoptoza stanica endometrija za vrijeme menstrualnog ciklusa - apoptoza stanica repa punoglavca za vrijeme metamor0oze u žabu >' PATOLOE!A APOPTO'A - apoptoza stanica in0iciranih virusom (4erpes virus, bakterije), ide na mt2*A pokre!e proces apoptoze stanica - apoptoza onkogeno promjenjenih stanica - apoptoza stanica ošte!enih radioaktivnim zračenjem, R-zrakama - mor0ološke promjene u stanicama u procesu apoptoze& prva 0aza Y latentna 0aza; stanice izgledaju normalno ulazak a-iona u stanicu aktiviraju enzime ovisne o a-ionima o (endonukleaza i tkivna transglutaminaza) >%
nekoliko sati7dana druga 0aza Y aktivna 0aza nekoliko sati o o
MOL!"LARNI M0ANI'MI APOPTO' "' aktivacija apoptoze unutarstaničnim signalima - zdrava stanica ima na membrani mitohondrija protein 4cl-2 i veže Apa.-1 i pritom ne dolazi do apoptoze - uslijed unutarnjih ošte!enja npr' nakupljanje slobodnih radikala Hcl-> otpusti Apa0-" i osloba/a se citokrom H C koji aktivira kaskadnu reakciju enzima kaspa&a voda ulazi u stanicu apoptoza - protein kaspaza # (cLtoc W Apa0-") uz utrošak A1-a >' aktivacija apoptoze vanstaničnim putem - *eat> activators - kod kemoterapeutika - zdrava stanica ima (as i TN( proteine - vezanjem (asL i TN( na svoje receptore aktivira se kaspa&a K koja aktivira kaskadnu aktivaciju ostalih kaspaza de0ragmentiranje 2*A - tumor necrosis .actor al.a H TN(6 - molekularne metode za utvr/ivanje apoptoze Y AnneMin : test (aopototične stanice su zelene; nekrotične su crvene); analiza 0ragmentacije 2*A %NTS!A RA'NOLI!OST POP"LACI#S!A %NTI!A - populacija - skup jedinki koje se pare - metapopulacija Y sačinjena od više populacija koje se me/usobno ne pare, ali ponekad dolazi do protoka gena - ekološka genetika - populacijska genetika Y proučava promjenu 0rekvencije alela u populaciji tijekom vremena - 83*3 1@@ Y genski bazen - varijacija na razini gena unutar populacije Y raznolikost alela i genotipova - omogu!uje populacijama da evoluiraju i prilagode se promjenama u okolišu dugoročno osigurava adaptivni evolucijski potencijal - gubitak dovodi do smanjenja reprodukcijske mo!i i preživljavanja - polimor0izam (raznolikost alela) - mjerenje molekularni biljezi npr' mikrosateliti i mt2*A 4ardL-Pinebergov zakon p W V " p,V 0rekvencija gena p>(AA)W>pV(Aa)WV>(aa) "
>"
