Za učenike društveno-jezičkog smera

1. Molekularna biologija
Nukleinske kiseline
djs

2. PREDMET I ZNAČAJ IZUČAVANJA
MOLEKULARNE BIOLOGIJE
Molekularna biologija (biohemijska
genetika) objašnjava osnovne procese
života, njihovu prirodu i povezanost.
U živim sistemima, prirodu i specifičnost
svakog procesa određuju geni, pa je
zadatak molekularne biologije da
tumačenjem regulacije i aktivnosti gena
objasni procese metabolizma.

3. BIOMAKROMOLEKULI
Živi sistemi (ćelije, organizmi) su izgrađeni od
velikog broja različitih molekula među kojima
su zastupljeni :
– mali molekuli jednostavne građe (voda, ugljen
dioksid, amonijak), nešto veći i složeniji koji
izgrađuju ćeliju(aminokiseline, nukleotidi, masne
kiseline, glicerol, monosaharidi) i
– veliki, složeni – biomakromolekuli (polisaharidi,
lipidi, proteini, nukleinske kiseline). Među
molekulima važnim za održavanje života poseban
značaj imaju nukleinske kiseline, kao “čuvari i
prenosioci” naslednih informacija i proteini kao
realizatori tih informacija.

4. Наследну материју чини
дезоксирибонуклеинска
киселина (ДНК).
Овај молекул се може
назвати наследном
супстанцом зато што има:

5. 1. способност
саморепродукције:
способност да саму себе
ствара

6. 2. способност да носи
генетичку информацију: да
контролише природу и
особеност свих
биохемиjских реакција у
организму од којих зависи
испољавање особина
организма;

7. 3. способност промењивости
структуре и функције: на
основу ове особине може се
објаснити разноврсност
организама у природи и
њихова еволуција.

8. У периоду од 1940. до 1960.
прикупљен је читав низ
експерименталних података о
генетичким својствима ДНК.
Утврђено је да је:

9. 1. садржај DNK у једној
хромозомској
гарнитури постојан

10. 2. да је састав ДНК у
ћелијама организама
који припадају једној
врсти постојан,

11. 3. дата је претпоставка да је
генетичка информација
садржана у сложеном
распореду 4 типа
нуклеотида у
полинуклеотидним ланцима
ДНК при чему је утврђено да је
количина аденина једнака
количини тимина, а количина
гуанина је једнака количини
цитозина.

12. 4. Утврђено је и да ДНК
преноси генетичку
информацију са
родитеља на потомке
и то је први пут
утврђено код вируса.

13. NUKLEINSKE KISELINE
U prirodi postoje dve vrste nukleinskih
kiselina
– dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) i
– ribonukleinskakiselina(RNK).
Obe su zastupljene u svim vrstama
organizama i veoma su značajne za
održavanje života i evoluciju živog sveta.

15. PRIMARNA STRUKTURA DNK
Osnovna gradivna jedinica DNK je nukleotid.
Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente :
– jednog molekula azotne baze,
– jednog molekula šećera pentoze (dezoksiriboza)
– jedne fosfatne grupe.
Azotne baze mogu biti:
– purinske(purini):
adenin(A) i guanin(G)
– pirimidinske(pirimidini):
citozin(C) i timin(T).

18. • Jedinjenje koje nastaje od azotne baze i šećera pentoze
naziva se nukleozid. Azotna baza i pentoza su u nukleozidu
vezane glikozidnom vezom. Kada se za nukleozid veže
fosfatna grupa onda nastaje nukleotid. Nukleotidi su
međusobno povezani gradeći polinukleotidni lanac.
• Veze između nukleotida u tom lancu su fosfodiestarske i
ostvaruju se tako što se treći C-atom(C3’) pentoze jednog
nukleotida veže za peti C-atom(C5’) pentoze narednog
nukleotida u lancu.Takvim povezivanjem na jednom kraju
lanca ostaje slobodna hidroksilna grupa vezana za C3’ (taj
kraj se naziva 3’ kraj), a na drugom fosfatna grupa vezana za
C5’ atom (to je 5’ kraj). Početak polinukleotidnog lanca je
5' kraj.

20. Vrsta i redosled nukleotida DNK predstavlja njenu
primarnu strukturu i specifičan je za svaku vrstu.
Varijabilnost (promenljivost, različitost) primarne strukture
DNK je ogromna.
Broj različitih redosleda nukleotida je 4n, gde je n broj
nukleotida koji čine lanac DNK. Ako se npr. lanac DNK sastoji
od samo 100 nukleotida, bilo bi moguće predvideti postojanje
1056 molekula sa različitim redosledom nukleotida. Prirodni
molekuli DNK sastoje se od velikog broja nukleotida(najmanji
molekul DNK imaju virusi i on se sastoji od oko 5000
nukleotida) čime se obezbeđuje ogromna raznovrsnost
bioloških vrsta.
Linearno raspoređeni delovi DNK su geni.
Struktura gena je tačno određeni redosled nukleotida u
delu DNK.

21. SEKUNDARNA STRUKTURA
DNK
Sekundarnu strukturu DNK uspeli su da
odgonetnu Votson i Krik 1953.god.
Osnovu te strukture čini dvolančana
zavojnica (spirala).

23. T
G
C
GAA
TC T
AG
T C
A A
C
G
T
5′
5′
3′
3′
Dva polinukleotidna lanca , koja čine ovu zavojnicu, su
antiparalelna što znači da se naspram 5’ kraja jednog
lanca nalazi 3’ kraj drugog, i obrnuto.

24. vodonične veze
komplementarne
baze
5’
3’
3’
5’polinukleotidni lanci su antiparalelni
•Lanci su uvijeni
jedan oko drugog
tako da se duž
dvolančane
zavojnice prostiru
dva žljeba: veliki i
mali.
•DNK zavojnica
ima celom
dužinom isti
prečnik.
•Purinske i pirimidinske baze se nalaze u
unutrašnjosti zavojnice gusto spakovane jedna nad
drugom, a ravni baza su normalne na osu zavojnice.
•Fosfatne grupe su okrenute prema spoljašnjoj strani
i zajedno sa pentozama čine skelet zavojnice

26. 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.

27. Кад се вежу једна пуринска и
једна пиримидинска, одржава
се стално растојање међу
скелетним нитима молекула
ДНК зато што пар пурин -
пиримидин (без обзира да ли
је А-Т или G-C) има исту
величину 10.9nm, при чему је
растојање у пару 0.3nm

28. Комплементарност
У молекулу ДНК, А-Т се вежу са 2
водоничне везе, а G-С са 3
водоничне везе.
Пречник двоспирализованог ланца
ДНК је око 20nm.
Принцип комплементарности, на коме
се заснива секундарна структура ДНК,
омогућава да редослед база у једном
ланцу аутоматски одређује редослед
у другом.

29. 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

33. Разлике међу
појединим
молекулима ДНК
заснивају се на
разликама у броју и
редоследу
нуклеотида, којих има
укупно четири типа.

34. Квантитативна
заступљеност парова G-C
односу на А-Т
карактеристична је за сваку
групу организама
Пар А-Т је чешће
заступљен код организама
на вишем ступњу
еволуције.

35. PRIMARNA I SEKUNDARNA
STRUKTURA RNK
Osnovna gradivna jedinica RNK je, kao i
kod DNK, nukleotid.
Nukleotidi DNK i RNK razlikuju se po
pirimidinskim bazama i pentozi : umesto
timina RNK ima uracil, a šećer je riboza.

37. RNK su jednolančani molekuli koji nastaju tako što
se nukleotidi povezuju fosfodiestarskim vezama.
Priroda ovih veza je ista kao u DNK, samo što umesto
dezoksiriboze učestvuje riboza. Unutar ovih
jednolančanih molekula komplementarne baze mogu
da nagrade kraće ili duže dvolančane, spiralizovane
delove spajajući se vodoničnim vezama (A=U ; GC).
Ti dvolančani delovi čine sekundarnu strukturu RNK .
U ćeliji postoje tri vrste RNK :
– informaciona RNK (i-RNK),
– transportna RNK (t-RNK) i
– ribozomska RNK (r-RNK).
Sve tri vrste nastaju prepisivanjem određenih delova
jednog lanca DNK, odnosno prepisivanjem gena.
RNK predstavljaju kopije gena.

38. Informaciona RNK nastaje prepisivanjem strukturnih gena
koji sadrže uputstvo za sintezu proteina. Uloga i-RNK je da
to uputstvo (informaciju) za sintezu proteina prenese do
ribozoma (mesto sinteze proteina). Sinteza i-RNK počinje onda
kada je ćeliji potreban neki protein, a kada se obezbedi
dovoljna količina proteina i-RNK biva razgrađena.Transportna
RNK nastaje prepisivanjem male grupe specifičnih gena.
Transportna RNK ima dvostruku ulogu: prevodi uputstvo
za sintezu proteina sa i-RNK u redosled aminokiselina u
proteinu i prenosi aminokiseline do ribozoma.
Ribozomska RNK nastaje prepisivanjem gena koji se
zajednički nazivaju »organizatori jedarceta«.Njena uloga je
da zajedno sa određenim proteinima nagradi ribozome.
Ćelije jednog organizma se međusobno razlikuju po i-RNK i t-
RNK koje sadrže dok su r-RNK i DNK u svim ćelijama jednog
organizma iste.

39. NUKLEINSKE KISELINE - SLIČNOSTI I RAZLIKE
DNK RNK
Primarna
struktura
(delovi
nukleotida)
Sekundarna
struktura
molekula
mesto u ćeliji
uloga

40. NUKLEINSKE KISELINE - SLIČNOSTI I RAZLIKE
DNK RNK
Primarna
struktura
(delovi
nukleotida)
1.dezoksiriboza
2.fosfatna grupa
3.azotna baza
a) purinska
-adenin
-guanin
b) pirimidinska
-timin
-citozin
1.riboza
2.fosfatna grupa
3.azotna baza
a) purinska
-adenin
-guanin
b) pirimidinska
-uracil
-citozin
Sekundarna
struktura
molekula
dvolančana spirala
jednolančan
molekul
mesto u ćeliji jedro jedro,citosol
uloga nosilac gena sinteza proteina

41. HROMATIN
Na osnovu molekulske mase DNK i podatka da jedan puni zavoj
ima dužinu od 3,4 nm, lako se može izračunati ukupna dužina
ispružene dvolančane zavojnice DNK u nekoj ćeliji. Tako, ukupna
dužina dvolančene DNK u jednoj jedinoj ćeliji čoveka iznosi oko 2 m.
Treba imati u vidu da je prečnik tipične ćelije oko 20 m, a njenog
jedra 5-10 m. Navedeni primeri jasno ukazuju da DNK mora biti
veoma čvrsto upakovana da bi se uopšte mogla smestiti u ćeliju. To
podrazumeva da pored sekundarne strukture, postoje i drugi nivoi
organizacije DNK. I zaista, u svim ćelijama DNK je
superspiralizovana, što znači da je dvostruka spirala još mnogo puta
ispresavijana i čvrsto upakovana. U tom pakovanju učestvuju
proteini sa kojima je DNK čvrsto vezana.
U svim ćelijama DNK se nalazi u hromozomima koji se pojavljuju u
jedru neposredno pre i za vreme ćelijske deobe. U periodu između
dve deobe (u interfazi) hromozomski materijal je raspoređen po
celom jedru kao difuzna masa i naziva se hromatin.

42. Hromatin eukariota se sastoji od DNK,
proteina i male količine RNK.
Proteini hromatina se svrstavaju u dve klase:
– histone i
– nehistonske proteine, pri čemu su histoni važni za
pakovanje DNK.
Hromatin(obrađen nekim enzimima) se pod
mikroskopom može videti kao, perlasta
struktura, tanka nit na kojoj su nanizane
perle.Tanka nit je DNK, a perle su kompleksi
DNK i histona nazvani nukleozomi.

43. 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.

44. HROMATIN = DNK + 2 KLASE PROTEINA
HISTONI H1; H2A; H2B; H3; H4
-mali proteini (100- 200 aminokiselina)
-20-30% ARGININ+ i LIZIN+
-visoko konzervirana A.K. sekvenca
-važni za strukturnu organizaciju hromatina
-nespecifični inhibitori ekspresije gena
NEHISTONI mala količina – nekoliko klasa
-enzimi replikacije i transkripcije
-modifikatori histona
-regulatorni proteini – specifični aktivatori gena

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

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

48. HROMATINSKA NIT
NUKLEOZOMNA NIT

49. 2 nm
11 nm
30
nm
300
nm
700
nm
1400
nm
nukleozomi
30 nm
hromatinska
nit
metafazni
hromozom

51. 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.