za učenike Šeste

1. Molekularna biologija

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. Ova
grana biologije treba da utvrdi početne procese razvića
osobina na molekularnom nivou, tj. iz čega su geni
sastavljeni, kako se reprodukuju i koji su primarni proizvodi
funkcije gena.
Danas znamo da su nosioci i realizatori razvića osobina
nukleinske kiseline i proteini. Naslednu materiju čini DNK.
Ovaj molekul se može nazvati naslednom supstancom zato
što ima : 1. sposobnost samoreprodukcije (replikacija); 2.
sposobnost da nosi genetičku informaciju (gene); 3.
sposobnost promenljivosti strukture i funkcije (mutacije).

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. Експеримент којим је доказано да се гени
састоје од ДНК
1944. Авери, Мак Леод и МекКарти
(Avery, Mac Leod, McCarty)-Нобелова
награда
a) Живе вирулентне инкапсулиране
бактерије – миш умире
b) Живе невирулентне
неинкапсулиране бактерије – миш
остаје жив
c) Вирулентне инкапсулиране
бактерије убијене топлотом – миш
остаје жив
d) Помешане живе невирулентне
неинкапсулиране бактерије и
вирулентне инкапсулиране
бактерије убијене топлотом – миш
умире
e) живе невирулентне неинкапсулиране
бактерије помешане са ДНК
изолованом из вирулентних
инкапсулираних бактерија убијених
топлотом – миш умире
Закључак: носилац вирулентности
бактерија је капсула. Информација
за синтезу капсуле налази се на ДНК

14. 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.

16. 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).

19. • 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.

21. 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.

23. SEKUNDARNA STRUKTURA
DNK Sekundarnu strukturu DNK uspeli su da odgonetnu Votson i
Krik 1953.god.
Osnovu te strukture čini dvolančana zavojnica (spirala).
Dva polinukleotidna lanca , koja čine ovu zavojnicu, su
antiparalelna što znači da se naspram 5’ kraja jednog lanca
nalazi 3’ kraj drugog, i obrnuto.
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

24. C
G A
T
G
C
A A G
C T T
T C
A G
A
T
5′
3′
5′
3′

25. vodonične veze
komplementarne
baze
5’
3’
3’
polinukleotidni lanci su antiparalelni 5’

27. 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.

28. 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

29. У молекулу ДНК, А-Т се вежу
са 2 водоничне везе, а G-C са
3 водоничне везе.
Пречник двоспирализованог
ланца ДНК је око 20nm.

32. Iz činjenice da je prečnik zavojnice isti celom
dužinom, zaključeno je da se naspram
purinske baze u jednom lancu nalazi
pirimidinska baza u drugom, i to
komplementarne – naspram adenina
timin, a naspram guanina citozin i
obrnuto. Naspramne baze se povezuju
vodoničnim vezama :
A i T su međusobno povezani sa dve, a G
i C sa tri H-veze (A=T; GC)

34. Грејањем супстрата у коме се
налази изолована ДНК, може
доћи до њене денатурације,
тј. раздвајања на 2
полинуклеотидна ланца од
којих се молекул ДНК састоји.

35. При томе је утврђено да су
на деловање повишене
температуре отпорније
троструке везе G-C од
двоструких веза А-Т.
Овај поступак је повратан и
постепеним хлађењем се
поново успоставља
нормална структура ДНК.

36. Релативно једноставан поступак
денатурације и ренатурације ДНК стоји
у основи моћне технике
РЕКОМБИНАНТНЕ ДНК
При овом поступку могуће је креирати
хибридне молекуле ДНК различитих
организама
Метода се користи за утврђивање
степена генетичке сличности између
појединих таксономских група и процену
брзине настанка нових гена у току
еволуције

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

38. 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.

39. 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.

40. 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.

41. 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.

42. 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

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

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

46. HROMATINSKA NIT
NUKLEOZOMNA NIT

47. 2 nm
11 nm
30
nm
300
nm
700
nm
1400
nm
nukleozomi
30 nm
hromatinska
nit
metafazni
hromozom

49. 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.

51. 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.

52. 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.

53. NUKLEINSKE KISELINE - SLIČNOSTI I RAZLIKE
DNK RNK
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
struktura
molekula
dvolančana spirala
jednolančan
molekul
mesto u ćeliji jedro jedro,citosol
uloga nosilac gena sinteza proteina

54. 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.