Slika 1. Deoksiribonukleinska kiselina

Slika 2. Ribonukleinska kiselina

U novije doba su uz DNA i RNA pronaðeni još neki nukleotidi u manjim kolièinama. To su nukleotidi s raznim metiliranim bazama, bazama sa sumporom, spoj pseudorin u kojem dolazi do atipiène veze baza šeæer i neke druge nešto izmjenjene baze.

Prema onome što znamo o strukturi DNA, znamo da se ona odlikuje dvijema svojstvima:

1. Sadrži upute u obliku šifre pomoæu kojih upravlja razvitkom stanice

2. Sposobna je da se razmnožavanjem toèno ponavlja kako bi šifre u istom obliku predavala buduæim generacijama stanica.

Pomoæu posebne Feulgenove boje koja reagira specifièno s polimeriziranim deoksiribonukleotidima, pokazalo se da se DNA nalazi samo u jezgri.

Danas znamo da se mali dio, možda manje od 1% staniène DNA nalazi izvan jezgre u mitohondrijima i u kloroplastima, ako ih stanica sadržava. Kolièina DNA u jezgri je u svim tjelesnim stanicama jednaka, a to je dvostruko od kolièine koju sadržavaju spolne stanice dotiène vrste. Koncentracija DNA se ne mjenja bez obzira na to kakve se metabolièke ili prehrambene promjene dogaðaju u stanici. Druga konstanta jezgrine DNA jest njena metabolièka stalnost, tj. DNA kromosoma kad se jednom sintetizira više ne razgraðuje. DNA je stabilna molekula.

Prostorna struktura DNA ima oblik dvostruke uvojnice. DNA je sastavljena od pirimidinskih dušikovih baza citozina (C) i timina (T), purinskih dušikovih baza adenina (A) i gvanina (G), od šeæera pentoze deoksiriboze i fosfatne kiseline. Fosfat u obliku diestera povezuje ugljikohidrate na položaju 5 i 3. Baze s jedne uzvojnice spajaju se s bazama druge uzvojnice. Timin se povezuje s aminom (T=A), a citozin s gvaninom (C=G). Baze se spajaju po naèelu komplementarnosti, što znaèi da se uvijek purinska baza spaja s pirimidinskom.

T = A ili A = T

C = G ili G = C

Slika 3. Spajanje baza

Jezgrina DNA je kompleksno vezana s baznim proteinom histonom stvarajuæi nukleohistone.

Postoje pet razlièitih vrsta histona H1, H2A, H2B, H3, H4. Pomoæu histona smanjuje se dužina DNA. Osim histona sa DNA su povezani i drugi proteini. To su nehistonski proteini. Tu ubrajamo HMG- proteine, sve proteine koji mogu postojati u kromatinskom pripravku (DNA i RNA polimeraze), faktori regulacije, strukturni proteini na kojima su uèvršæene kromatinske domene i mnogi drugi.

1. PRIMARNU STRUKTURU

• sekvencija nukleozida dušikovih baza

• u toj je sekvenciji pohranjana informacija koju nosi molekuska DNA (Tab. 1.)

1. SEKUNDARNA STRUKTURA

• ona je definirana kao posljedica naèina sparivanja komplementarnih baza

Slika 5. Sekundarna struktura

Slika 6. Sparivanje baza deoksiribonukleinske kiseline

Prstenasti oblik DNA može se spiralnim zaokretanjem usukati u superuzvojnicu ako se jedna od dviju niti prekine i obavije oko druge i ponovno poveže. Za taj proces su potrebni enzimi DNA –topoizomeroze. Za usukavanje molekule u superuzvojnicu potrebna je energija koja se dobiva pomoæu ATP-a. Prstenasti oblik DNA posjeduju i manje genetske jedinice, plazmidi i viroidi, a do stvaranja superuzvojnice može doæi kod kružnih ribosoma bakterija.

Slika 7. Nastajanje superuzvojnice djelovanjem topoizomerasze II

Mutacije su u informaciji DNA s kemijskog stajališta promjene DNA molekule. Najèešæe su toèkaste mutacije gdje dolazi do promjene jedne baze u niti dok je komplementarna nit saèuvana. Mutacije se mogu aktivirati promjenom temperature, a najèešæe su izazvane elektromagnetskim zraèenjem visoke frekvencije. Mutageni reagensi alkiliraju baze u DNA i na taj naèin ometaju sparivanje. Na primjer brom (Br) može zamjeniti metilnu skupinu uracila koji zatim može zamjeniti timin u DNA, a jaki oksidansi mogu citozin pretvoriti u uracil. Danas pod mutagene reagense ubrajamo i kancerogene tvari. Jedinke ili sojevi koji nose mutacijom izmjenjenu nasljednu crtu nazivaju se mutanti.

U genomu èovjeka svakodnevno se dogaða 10 000 toèkastih mutacija i zato je potreban mehanizam za ispravljanje tih mutacija, tj. postoje enzimi za popravak DNA. Na primjer ako uracil zamjeniti timin u DNA prvo æe uracil DNA – glikozidaza hidrolizom ukloniti uracil iz mutirane DNA. Nakon hidrolize uracila ošteæeno mjesto “prepoznaje” specifièna endonukleaza i izrezani dio se replicira po kompleksnom lancu. Ligaza novonastalu bazu “priljepi” na DNA. Drugi èesti sluèaj promjene DNA je stvaranje dimera iz dva susjedna timina zbog UV zraèenja. Ovdje dvostruke veze timina cikloadicijom stvaraju èetveroèlani prsten. Takav dimer dovodio bi do smetnji prilikom replikacije jer se ne uklapa u dvostruku uvojnicu. Prilikom reparacije izrezuje se nit pomoæu specifiène endonukleaze blizu mjesta na kojem su dimeri pa se odcjepljuje taj dio DNA zajedno s dimerom. Nakon toga pomoæu DNA polimeraze 1 popunjava se nastala praznina, a na samom mjestu prekida nit se spaja djelovanjem ligaze.

Rijeè kromosom izvorno je oznaèavala obojene strukture u obliku petlji koje postaju vidljive u toku mitotske diobe jezgre. Svaki kromosom sadrži jednu molekulu DNA, pa èini genetsku cjelovitost. Izdužena DNA kromosma može se mjeriti centrimetrima a pomoæu baznih i drugih proteina tako je smotana da nastaju pod mikroskopom vidljivi kromosomi.

Maseni odnos DNA i proteina je približno 1:1. Bakterije posjeduju najèešæe samo jedan kromosom. To su nukeoidi koji zauzimaju dio unutrašnjeg prostora stanice. Ukupna nasljedna informacija smještena je u samo jednoj molekuli nukleinskih kiselina, koja se npr. kod Eserichie Coli sastoji od 4 milijuna parova baza (pb) povezanih u prsten.

Prijenos uputa izmeðu DNA u jezgri i sintetièkog mehanizma u jezgri i citoplazmi povezan je s metabolizmom ribonukleinskih kiselina. U stanicama tkiva sisavaca oko 10% staniène RNA se nalazi u jezgri. Oko 20% te kolièine nalazi se u gustoj tvari jezgrice (jezgrica ne sadržava DNA iako je nešto DNA koncentrirano na njezinim rubovima). Ostatak RNA nalazi se u citoplazmi, a dio je vezan uz kromatidnu tvar. Ostatak se nalazi u obliku malih èestica ribosoma u citoplazmi.

RNA je sliène graðe kao i DNA. Ustanovljeno je da se RNA sastoji od istih osnovnih jedinica kao i DNA, samo što se pirimidinska baza timin zamjenjuje uracilom a pentoza deoksiriboza ribozom. Dakle RNA se sastoji od purinskih dušikovih baza adenina i gvanina, te pirimidinskih dušikovih baza citozina i uracila, od šeæera pentoze riboze i fosfatne kiseline. Sastoji se od mnogih nukleozida koji su fosfatnom kiselinom meðusobno povezani preko 3 i 5 OH grupa.

DNA se može smatrati specifiènom tvari koja gotovo uvijek uskladištuje upute koje se prepisuju u molekulu RNA. Nije tako s RNA koje se mogu podjeliti u nekoliko skupina s obzirom na ulogu i fiziklana svojstva.

Danas su poznate ove skupine RNA:

1. Ribosomska RNA (rRNA)

2. Transfer ili transport RNA (tRNA ili sRNA prema engleskom soluble)

3. Informacijska ili glasnièka RNA (mRNA prema engleskom messenger)

Ribosomska RNA izgraðuje ribosome. Ribosomi su izgraðeni od dvije podjedinice razlièite velièine. Veæa podjednica sastoji se od dvije podjedinice, tj. od jedna velike molekule RNA i jedne male molekule RNA i od nekoliko proteinskih lanaca. Mala podjedinica se sastoji samo od jedne male molekule RNA i nekoliko proteinskih lanaca. Prokariotski ribosomi imaju stupanj sedimentacije 60S a stanice eukoriota 70S. Ribosomi sadrže cjelokupni ureðaj za provoðenje kodeksa baza mRNA u sekvenciju aminokiselina proteina. Velièina im je od 15 do 20 nm.

tRNA se sastoji od antikodona i receptora. Antikodonom se prepoznaje šifra za tu aminokiselinu, a na receptoru je vezana ta aminokiselina. Rengenska struktura pokazala je da su molekule tRNA izgraðene u L obliku, a sve su tRNA specifiène za odgovarajuæe aminokiseline koje su s njom povezane na 3 kraju molekule energijom bogatom vezom.

2.1.5. REPLIKACIJA DNA

Replikacija DNA se odvija u tri faze:

1. Despiralizacija ili odmotavanje uvojnice DNA

2. Otvaranje molekule

Stvaranje novog nukleotidnog lanca.

Slika 10. Model DNA tijekom udvostruèenja

Na svakoj niti koja služi kao kalup stvara se novi nukleotidni lanac. Nit koja raste u smjeru toèke raèvanja sintetizira se bez prekida uz pomoæ DNA sintetaza, koje su omoguæene zbog prisutnosti DNA-polimeraze p .DNA plimeraza p ima vrlo visoku aktivnost tako da povezuje više od 10 000 nukeotida u minuti. Nasuprot tome nit koja raste u suprotnom smjeru od smjera toèke raèvanja, pod djelovanja DNA polimeraze, na njoj se stvaraju kraæi dijelovi od oko tisuæu baza, a nazivamo ih Okazaki fragmenti. Na poèetku fragmenata nalazi se tzv. starter ili primer koji je graðen od rRNA.

Slika 11. Shema replikacije DNA

On se hidrolizom odgraðuje a dijelovi DNA povezuju se pomoæu DNA ligaze. DNA ligaze su enzimi koji uspostavljaju raskinute fosfodiesterske veze u DNA i time povezuju prekide lanca.

2.1.6. TRANSKRIPCIJA

Informacija sa DNA se prepisuje u redosljed baza pa se proces naziva transkripcija.

1. Inicijacija

2. Elongacija

3. Terminacija.

Kopira se samo jedna nit koja se naziva kodogen. To je nit koja se pruža u smjeru 5-3 tj. osnovna nit.

Translacija kao i transkripcija teèe u tri faze:

Pri incijaciji uvjek se tRNA veže na onaj dio mRNA koji sadrži kodon za strat tj. AUG ili metionin. mRNA skoro nikada ne poèinje od kodona za start i završava kodonom za stop nego su na nju vezani još nizovi drugih aminokiselina. Kodoni za stop su UAA, UAG, i UGA, a za start AUG.

Tijekom elongacije ribosom se kreæe uzduž mRNA i tako tRNA “prepoznaje” kodon za odreðenu aminokiselinu, te aminokiseline se spajaju i polako nastaje novi protein.

Završetak biosinteze nastaje kada se na mRNA pojavi stop kodon.

Slika 12. Translacija

2.1.8. VELIÈINA MOLEKULA NUKLEINSKIH KISELINA

Duljina polideoksiribonukleotidnih lanaca može biti izvanredno velika. Kao jedinica mjere za duljinu lanca uzima se 1000 baza (kod dvostrukih niti uzimaju se parovi baza (pb)) tj. kilobaza (kb). Kao jedinica može se naravno i uzeti Mr. Za preraèunavanje uzimamo da srednja molekulska masa jedne nukleotidne jedinice iznosi 310, a èesto se grubo raèuna sa 330 (3 nukleotida Mr = 1000).

DNA slièno proteinima, zagrijavanjem dvostruke uvojnice ne ostaje stabilna. Zagrijavanjem DNA na 70-90 * C raspada se struktura u pojedine niti (uzvojnice). Pri tom se mijenjaju fizikalna svojstva DNA. DNA poprima svojstva savitljivog polimera kad je denaturirana.

Slika 13. Krivulja taljenja DNA

Denaturacija se može postiæi, osim zagrijavanjem, i snižavanjem pH. Denaturacijom dolazi do znatnog sniženja viskoznosti u uskom temperaturnom ili pH podruèju. Tim pojavama što slièe na toèku taljenja uzrok je što se na odreðenoj temperaturi kidaju vodikove veze, i meðusobna hidrofobna privlaèenja koja vežu komplementarni lanac, pa se tako lanci odvajaju i èine savitljiviju ali mnogo zbijeniju molekulu s mnogo nižom viskoznošæu. Snižavanje viskoznosti povezano je i uz poveæanje apsorpcije UV zraka i smanjenje optièke aktivnosti. Talište DNA je ovisno o sastavu baza u molekuli. G-C bogata DNA ima više talište od A-T bogate DNA jer se izmeðu G i C stavarju tri vodikove veze a izmeðu A i T dvije.

Uvod Teorijski dio Eksperimentalni dio Rezultati Rasprava i zakljuèak Literatura