Biologija, prezentacije (PARCIJALA 1) PDF

Ćelija STRUKTURA I FUNKCIJA Ćelija je najmanji organizovani oblik u kome se može javiti jedno živo biće. Minijaturna fabrika, koja radi sa ogromnom produktivnošću, maksimalnom usklađenošću i po zadatom programu. U njoj svakog minuta nastaju stotine složenih jedinjenja, uključujući i makromolekule (E...

Ćelija STRUKTURA I FUNKCIJA Ćelija je najmanji organizovani oblik u kome se može javiti jedno živo biće. Minijaturna fabrika, koja radi sa ogromnom produktivnošću, maksimalnom usklađenošću i po zadatom programu. U njoj svakog minuta nastaju stotine složenih jedinjenja, uključujući i makromolekule (Egorov, 1987). Otkriće ćelije - Robert Hooke (sredina 1600-ih) - Uočena krhotina plute - Vidio „red praznih kutija“ - Smislio je pojam ćelija Ćelijska teorija - (1839) Theodor Schwann i Matthias Schleiden - "Sva živa bića izgrađena su od ćelija" - (50 godina kasnije) Rudolf Virchow - „Sve ćelije dolaze iz (prethodno postojećih) ćelija” Principi ćelijske teorije - Sva živa bića napravljena su od ćelija - Najmanja živa jedinica strukture i funkcije svih organizama je ćelija - Sve ćelije nastaju iz već postojećih ćelija - (ovaj princip je odbacio ideju o spontanim generacijama) Tipovi ćelija  Tipovi ćelijske organizacije - Osnovnu strukturnu i funkcionalnu jedinicu svakog organizma čini jedan od dva tipa ćelija – prokariotska ili eukariotska ćelija. Opće karakteristike ćelija - Okolna membrana - Protoplazma - sadržaj ćelija u gustoj tečnosti - Organele - strukture za funkciju ćelija (nisu svi - prokarioti) - Kontrolni centar sa DNK - Zajedničke karakteristike prokariotskih eukariotskih ćelija - Izvršavaju iste osnovne funkcije - Okružene plazma membranom za kontrolu onoga što ulazi i izlazi iz ćelije - „Ispunjene“ citoplazmom - Sadrže ribosome da bi stvorili proteine - Sadrže DNK da daju opće upute za život ćelije Prokariotske ćelije - (grč. pro = prije; karyon = jedro; prije jedra) su ćelije jednostavne građe, sa ćelijskim zidom i membranom - nemaju jedro niti ćelijske organele. - Prokariotskim organizmima pripadaju bakterije dok su svi ostali organizmi, bilo jednoćelijski, bilo višećelijski, eukarioti. Karakteristike prokariotske ćelije - Prokariotske ćelije (grč. pro = pre; karyon = jedro; prije jedra ) su male, jednostavne građe; - Opkoljene ćelijskim zidom i membranom. - Nema citoskeleta niti celuloze - Nemaju jedro niti ćelijske organele, osim ribosoma. - DNK je u obliku prstena (kružna DNK); - Najčešće jedna prokariotska ćelija ima jedan molekul DNK (jedan hromosom). - Molekul DNK je vezan za proteine, ali ta veza nije tako čvrsta i stabilna kao kod eukariota. - Nukleoid je veoma dinamična struktura; - Prokariotske ćelije dijele se na svakih 15-20 minuta. - Razmnožavaju se prostom ćelijskom diobom (amitozom). - Mitoza i mejoza kod njih ne postoje. - Prokariotske ćelije imaju respiratorne enzime koji su vezani za unutrašnju stranu njihove ćelijske membrane. - U biohemijskom pogledu veoma raznovrsne i dinamične, tako da se kod njih mogu sresti svi glavni metabolički putevi uključujući tri glavna procesa u kojima se oslobađa energija: glikolizu, respiraciju i fosforilaciju. - Ribosomi su mesta sinteze proteina, građeni su od dve subjedinice koje se sastoje od proteina i r-RNK, ali im je sedimentacijski koeficijent, za razliku od eukariotskih ribosoma,70S (S je koeficijent sedimentacije, tj. taloženja, koji određuje veličinu i oblik nekog molekula; naziva se još i Svedbergova konstanta),te su sitniji od eukariotskih ribosoma. - Mogu biti slobodni ili vezani za citoplazmatsku membranu. - U citoplazmi se i plazmidi koji imaju ulogu nasljednog aparata; - Nisu vezani za nukleoid te se i replikuju nezavisno od njega. Predstavljaju male kružne dvolančane molekule DNK, po veličini veoma različite koje pod određenim uslovima mogu proći kroz ćelijsku membranu. - Mnogi tipovi plazmida nose gene koji bakterije čine otpornim na antibiotike, teške metale ili ultraljubičasto zračenje. - Za čovjeka su najznačajniji R-plazmidi jer sadrže gene kojima bakterija stiče otpornost na antibiotike. Prokariotske ćelije:  Jednostavna organizacija genoma  Geni obično ne imaju introne  Između 500 i 4000 gena  Veliki stepen raznolikosti  Jednoćelijski - Ćelijski zid koji okružuje i štiti unutrašnjost bakterijske ćelije od mehaničkih oštećenja i promene pritiska. - Za razliku od biljaka eukariota, prokariotski ćelijski zid nikada ne sadrži celulozu. - Neke bakterije na površini imaju i sluzavi omotač označen kao kapsula koji ih štiti od nepovoljnih uticaja okoline tj. od odbrambenog sistema organizma u koji je dospjela. Izgrađena je od polisaharida. Kod mnogih bakterija je zapaženo da obrazuju gust, somotast omotač od kapsulinih polisaharida nazvan glikokaliks.  - Tako npr. bakterija (streptokoka) koja izaziva karijes, se najbolje pričvršćuje za površinu zuba onda kada stvara glikokaliks. Za proizvodnju glikokaliksa neophodni su šećeri. Eukariotske ćelije  Složena unutarćelijska organizacija.  Prepoznatljive organele:  Jedro, ER, Golgi, Mitohondriji.  Razvijen citoskelet.  Funkcionalne metaboličke jedinice  Složena organizacija genoma  Između 6 000 i 30 000 gena  Geni imaju introne  Jednoćelijske ili višećelijske Šta čini eukariotsku ćeliju različitom? - Mnogo veće - Mnogo složenije - Sadrže pravo jedro za zaštitu genetičkog materijala (DNK) - Linearna DNK upakovana u hromatin koji se nalazi unutar jedra - Sadrži specijalizirane strukture u citoplazmi zvane organele za obavljanje različitih funkcija - Nemaju sve ćelijski zid Hemijski sastav ćelije Hemijski elementi koji izgrađuju ćeliju nazivaju se biogeni elementi. - makroelementi (grč. macro = mnogo), kojima pripadaju C, H,O,N i dr. - mikroelementi (grč. micro = malo) – Cu, Br, Mn, F i dr. a) Voda je bitna komponenta živih sistema i čini čak 50-95% težine ćelije. Količina vode u ćelijama čovjeka zavisi od: starosti, vrste tkiva, metaboličke aktivnosti, spola. Uloge vode su: 1. ona je univerzalni rastvarač; 2. pogodna je sredina za odvijanje metaboličkih reakcija; 3. transportna uloga vode ogleda se u lakom prenošenju materija koje se u njoj rastvaraju; 4. učestvuje u termoregulaciji i osmoregulaciji. b) Neorganske soli se javljaju u obliku katjona i anjona. Najvažniji katjoni su Na+ i K+ koji obezbjeđuju polarizovanost membrana nervnih i mišićnih ćelija. Među anjonima najvažniji su fosfati jer predstavljaju osnovne oblike iz kojih se koristi energija (ATP). Organska jedinjenja Organska jedinjenja obavezno sadrže ugljenik (C) i njihovim razlaganjem se oslobađa manja ili veća količina energije (razlika u odnosu na neorganske materije). Razlikuju se 4 grupe ovih jedinjenja: - ugljikohidrati (monosaharidi, disaharidi, oligosaharidi, polisaharidi) - masti, - proteini - nukleinske kiseline. Ugljikohidrati - Monosaharidi (prosti šećeri) se hidrolizom ne mogu razložiti na prostija jedinjenja. Prema broju ugljenikovih atoma dijele se na trioze, tetroze, pentoze (riboza i dezoksiriboza),heksoze (glukoza i fruktoza). Glukoza je glavni izvor energije i osnovni transportni oblik šećera u organizmu kičmenjaka. - Oligosaharidi (grč.oligos = malo po broju, siromašno) su izgrađeni od 2-10 monosaharida. Najznačajniji su disaharidi (od 2 monosaharida) kojima pripadaju maltoza, laktoza i saharoza. - Polisaharidi su makromolekuli nastali povezivanjem velikog broja monosaharida u dugačke lance (mogu da sadrže na stotine i hiljade monosaharida). Rezervni polisaharidi su magacini energije i kod životinja je to glikogen, a kod biljaka je skrob. Gradivni polisaharidi su celuloza (biljke), hitin (životinje), agar (alge).  - Manji oligosaharidi mogu se kovalentno povezati s proteinima da bi stvorili glikoproteine ili s lipidima da bi stvorili glikolipide, koji se oboje nalaze u ćelijskim membranama. - Smatra se da bočni lanci šećera pričvršćeni za glikoproteine i glikolipide u plazma membrani pomažu u zaštiti stanične površine i često pomažu ćelijama da se prilijepe jedna za drugu. Razlike u vrstama šećera na površini ćelija čine molekularnu osnovu za različite ljudske krvne grupe. Lipidi (masti) - Energetski najbogatija organska jedinjenja koja se ne rastvaraju u vodi. - Prosti lipidi se sastoje od glicerola (alkohol sa tri OH grupe) i masnih kiselina (zasićenih ili nezasićenih). - Složeni lipidi pored ovog što sadrže prosti imaju još neku komponentu, npr. fosfolipidi sadrže fosfatnu grupu. - Najvažniji gradivni lipidi su fosfolipidi i holesterol, koji grade membrane životinjskih ćelija. - Holesterol je derivat lipida tzv. steroid. - Steroidima pripadaju i neki hormoni (polni hormoni i hormoni kore nadbubrežne žlijezde). Proteini (bjelančevine) - Sastoje se od velikog broja aminokiselina povezanih peptidnim vezama u polipeptidne lance. - Broj, vrsta i redosjled aminokiselina čini primarnu strukturu proteina koja je uslovljena genima. - Svi proteini se grade kombinacijama 20 različitih aminokiselina - Učestvuju u skoro svim procesima u organizmu, jer proteini su: enzimi, hormoni, antitijela, gradivni (npr. keratin u koži), transportni (hemoglobin u krvi životinja prenosi CO2 i O2), kontraktilni (aktin i miozin u mišićnim ćelijama), rezervni (u jajima i sjemenima). Hemijski sastav citoplazme - složen kompleks materija, sa više ili manje vode i veoma promjenjivom građom - organizovana koloidna smješa različitih organskih i neorganskih jedinjenja, rastvorenih ili djelimično u čvrstom stanju - SADRŽAJ VODE – 60-90% - kod vodenih biljaka i do 98% - u sporama i sjemenima 5-15% Fizička svojstva ćelije - Složen dinamički sistem - Supstance u neprekidnoj interakciji - Uslovljava fizčko stanje protoplazme - IMA SVOJSTVO HIDROFILNIH KOLOIDA - jak afinitet prema VODI i prelaze u TEČNO- SOL-STANJE - gubljenjem vode prelazi u GEL-STANJE –dosta čvrsto stanje - NA TEMPERATURI OKO 50 C proteinske materije se KOAGULIŠU pa ćelija odnosno cijeli organizam umire - ima biljnih vrsta koje podnose i temp do 60 C, a neke bakterije žive i na temp. preko 70 C - citoplazma suvih sjemena i spora može da podnese i veoma niske temperature Viskozitet - vrijednost viskoziteta karaktreriše protoplazmu kao polutečnu sluz - na viskozitet protoplazme utiču: - svjetlost, - smjena dana i noći, - fiziološki aktivne materije... - manji viskozitet označava veću otpornost ćelija prema nižim temperaturama ----znači, svi činioci koji smanjuju viskozitet povećavaju otpornost prema hladnoći - ovo se može objasniti time što povećanje viskoziteta protoplazme preko određene granice usporava promet materija, i kad viskozitet dostigne maksimalnu granicu dolazi do remećenja metabolizma - viskozitet citoplazme je 10-12 puta veći od viskoziteta vode Elastičnost citoplazme - sposobnost vraćanja u prvobitno stanje ako pretrpi deformaciju -isteže se u fine niti a ne prekida se - elastičnost se može dokazati plazmolizom Kretanje citoplazme - pokreti citoplazme mogu da se posmatraju zahvaljujući činjenici da ona svojim strujama nosi ćelijske organele i različite granule - postavlja se pitanje da li se kreće osnovna masa citoplazme ili je to aktivno kretanje samih organela? – ta kretanja su povezana i nemoguće ih je posmatrati pojedinačno - kreće se samo osnovni dio – mezoplazma ĈELIJSKE ORGANELE - Ćelijske organele su posebni dijelovi ćelije koji imaju svoju membranu i izvršavaju odgovarajuće funkcije. - Ćelijske organele mogu imati jednu ili dvije membrane; ima i struktura u ćeliji koje nemaju membranu. Citoplazma je gusta otopina koja ispunjava svaku ćeliju i zatvorena je ćelijskom membranom. Uglavnom se sastoji od vode, soli i proteina. U eukariotskim ćelijama citoplazma ukljuĉuje sav materijal unutar ćelije i van jedra. - To je supstanca sliĉna gelu zatvorena unutar ćelijske membrane. - Citoplazma je uglavnom saĉinjena od vode (80%) - Dio citoplazme koji nije sadržan u organelama naziva se citosol. Iako se ĉini da citoplazma nema oblik ili strukturu, zapravo je visoko organizirana. Sve organel u eukariotskim ćelijama, poput jedra, endoplazmatskog retikuluma i mitohondrija, nalaze se u citoplazmi Citoplazmine organele se mogu grupisati prema srodnosti njihovih funkcija u ćeliji na: organele koje uĉestvuju u procesima sinteze; ribozomi, endoplazmatiĉni retikulum, Goldžijev kompleks;  organele u kojima se skladište hidrolitiĉki enzimi; to su: lizozomi, peroksizomi i vakuole biljne ćelije; organele u kojima se sintetiše ATP: mitohondrije i hloroplasti Citosol i citoplazma Citoplazma - unutrašnji sadržaj ćelije, odvojen od jedra, u kome se nalaze ćelijske organele. Citoplazmu-citosol i ćelijske organele. Citosol je dio citoplazme van ćelijskih organela koji zauzima oko 55% ukupne ćelijske zapremine. U citosolu se nalaze: enzimi koji uĉestvuju u ćelijskom metabolizmu; niz razliĉitih proteinskih vlakana koja grade citoskelet (ćelijski skelet); granule (zrnca) ispunjene rezervnim materijama, kao što su granule glikogena u ćelijama jetre i mišića ili velike kapljice masti u masnim ćelijama; veliki broj ribosoma na kojima se sintetišu proteini citosola RIBOSOMI Ribosomi su ćelijske organele bez membrane u kojima se vrši sinteza proteina. To su jedine organele prisutne i u prokariotskoj i u eukariotskoj ćeliji. Osim u citosolu, nalaze se i na membranama endoplazmatiĉnog retikuluma, mitohondrijama i hloroplastima. IzgraĊeni su od dve podjedinice (subjedinice) – velike i male. Ribosomi se sastoje od r-RNK i proteina. Prokariotski ribosomi su 70S, a njihove subjedinice su 50S (velika) i 30S (mala). Ribosomi eukariota su 80S, sa subjedinicama 60S i 40S. Subjedinice ribosoma nastaju u jedarcetu. Da bi ribosomi obavljali sintezu proteina neophodno je da se velika i mala subjedinica udruže i, istovremeno, povežu sa i-RNK. Veći broj ribosoma povezanih molekulom i-RNK obrazuje poliribozome (polisome). Prema uputstvu koje je sadržano u i-RNK, transportna RNK donosi aminokiseline do ribozoma gde se one povezuju u polipeptidni lanac. Mitohondriji 1-nekoliko stotina/ 1 ćeliju Mogu se vidjeti i svjetlosnim mikroskopom (1-8μ) Obavijeni su ovojnicom s 2 membrane, u unutrašnjosti je matriks; unutarnja membrana je naborana, sadrži enzime i proteine, a nabori ulaze duboko u matriks  U matriksu je prstenasta molekula DNA, ribosomi i enzimi Mitohondrijska DNA podsjeća na onu u prokariotske stanice.  Spoljašnja mitohondrijalna membrana određuje oblik organele; Kanalski proteina porin - propustljiva za određene molekule.  Unutrašnja mitohondrijalna membrana ima nekoliko puta veću površinu od spoljašnje membrane. Svoju površinu znatno uvećava naborima ili kristama orijentisanih ka centru organele. Kriste mogu varirati po broju, veliĉini i obliku  Matriks ispunjava unutrašnjost mitohondrija i predstavlja mješavinu nekoliko stotina enzima koji konvertuju produkte metabolizma ugljenih-hidrata, lipida i proteina kroz Krebsov ciklus do ugljen-dioksida i vode uz oslobaĊanje energije u obliku molekula ATP-a.  U procesu oplođenja zigot dobija mitohondrije samo od jajne ćelije, tako da se mitohondrijalna DNK na potomstvo prenosi samo od majke. Mitohondrijalna DNK u ćelijama ĉovJekovog organizma kodira sintezu 13 proteina, dok se struktura ostalih mitohondrijalnih proteina kodira sa DNK u jedru. Mitohondrije imaju nekoliko, za organele neuobiĉajenih karakteristika i po svojoj organizaciji su analogne bakterijskim ćelijama. To su: - semiautonomne organele koje imaju sopstveni dvostruki, kružno uobliĉeni lanac DNK, kao i ribozome sliĉne bakterijama - nove mitohondrije nastaju procesom samoreprodukcije, odnosno deobom već postojećih, na sliĉan naĉin kako se to odvija kod bakterija. - Endoplazmatski retikulum  Sastoji se od membrana koje ograniĉavaju unutrašnje prostore (cisterne) i pružaju se gotovo kroz ĉitavu ćeliju (poput mreže).Pruža se od jedra, od njegove spoljašnje membrane, pa kroz ćeliju do spoljašnje ćelijske membrane.  Osnovna uloga ove organele je sinteza razliĉitih materija i njihov transport kroz ćeliju.  Prema građi i ulozi razlikuju se dva oblika ER-a : hrapavi (granularni – GER) i glatki (agranularni – aGER) ER - Goldžijev kompleks (aparat) Obrazovanje proteina i lipida poĉinje u ERu, ali se u njemu ne odigrava do kraja. Proteini svoju konaĉnu strukturu (kvaternernu) stiĉu u Goldžijevom aparatu, što važi i za lipide. Sastoji se od niza spljoštenih, diskoidalnih kesica (cisterni), koje su meĊusobno skoro paralelno postavljene (kao naslagani tanjiri) i na krajevima su proširene. Uz njih se nalaze manje ili veće vezikule (mehurići) u kojima se nalaze proizvodi sinteze Goldžijevog aparata. - Lizosomi (unutarćelijska digestija)  Lizosomi su organele kesastog oblika, obavijene jednom membranom.  Ispunjene su enzimima za unutarćelijsko varenje makromolekula.  Poznato je oko 40 razliĉitih hidrolitiĉkih enzima koje lizozsomi mogu da sadrže (proteaze, lipaze, nukleaze, fosfataze i dr.).  Optimalno aktivni pri pH oko 5 pa se zbog toga nazivaju kisele hidrolaze. Kombinacija enzima koju sadrže određeni lizozomi zavisi od tipa ćelije i tkiva u kojima se nalaze Patologija lizosoma Većina lizosomskih bolesti rezultat je nedostatka pojedinaĉnih lizosomskih enzima. Kod ljudi greške u genetskom kodu ĉine oko 30 poremećaja skladištenja lizosoma. Primjer: Taj- Saĉova bolest, Gaucherova bolest, metahromatska leukodistrofija, Hurlerov sindrom itd Peroksizomi Peroksizomi su male membranske organele Sadrže enzime za oksidaciju masnih kiselina i aminokiselina, pri ĉemu se kao sporedan proizvod javlja vodonik-peroksid (po tome su dobili ime). Otrovni vodonik-peroksid se u njima razlaže na vodu i kiseonik. CITOSKELET  dinamiĉna mreža proteinskih filamenata  graĊeni od proteina koji mogu spontano da polimerišu u citoskeletne filamente  FUNKCIJE: Oblik ćelije Funkciona polarnost Pozicioniranje organela Transport organela i vezikula Endocitoza/egzocitoza Kretanje/pokretanje Dioba Veze ćelije sa okolinom  Ćelijski skelet (citoskelet) je izgrađen od preko 20 vrsta citoplazmatiĉnih proteina; Oni omogućavaju promJenu oblika ćelije, kretanje organela i same ćelije kao i meĊusobno povezivanje ćelija. Potpora ćeliji. Osnovni strukturni dijelovi citoskeleta su: 1. mikrofilamenti (lat. filamentum = konac, nit) j 2. mikrotubuli (mikrocjevĉice) j 3. prelazni (intermedijerni) filamenti j Proteini citoskeleta su raspoređeni tako da grade rešetku (mikrotrabekularna rešetka). Ona obavija sve organele i prostire se oko njih prožimajući ĉitavu ćeliju. Rešetka ujedinjuje organele i citoskelet u jedinstven sistem. Centrosom U životinjskim ćelijama (i ljudskim) centrosom ima par centriola, svaki sa po devet trostrukih mikrotubula raspoređenih u prsten. Tokom diobe ćelija centrioli se repliciraju. Građu sliĉnu centriolama imaju cilije (treplje) i flagele (biĉevi) – dugaĉke, tanke strukture koje polaze sa površine mnogih eukariotskih ćelija i pokrivene su ćelijskom membranom. Građa im je ista, a razlikuju se samo u dužini – flagele su duže. (Prokarioti takoĊe imaju flagele ali drugaĉije strukture.) Pomoću njih se kreću jednoćelijski organizmi (biĉari i trepljari meĊu prozoama) kao i spermatozoidi mnogih životinja pa i ĉoveka. U osnovi svake cilije i flagele je bazalno telašce koje ima isti preĉnik kao i cilija ili flagela. Treplje i biĉevi izrastaju iz bazalnog telašca tako što se sastoje od 9 grupa po 2 mikrotubule koje formiraju cilindar, a u njegovom centru se nalazi još dodatni par mikrotubula. JEDRO (lat.nucleus; grč.karyon)- Informacioni centar ćelije  - Prisutno u svim eukariotskim ćelijama osim eritrocitima sisara i keratocitima površinskih slojeva epidermisa  Jednojedarne (mononukleusne)  Dvojedarne(binukleusne) –hepatociti, kardiomiociti  Višejedarne (polinukleusne)-osteoklasti, skeletne mišićne ćelije Nalazi se DNK kod eukariota Najjasnije vidljivo u interfazi Oblik i veličina jedra  Uslovljen je vrstom oblikom i funkcionalnim stanjem ćelije  Okrugao(ovalan) oblik, diskoidalno (endotelne ćelije), izduženo (glatke mišićne ćelije), bubrežasto(monociti),režnjevito (granulociti), kupinasto(megakariociti)  Veličina je obično u korelaciji sa veličinom ćelije  Nukleocitoplazmatski odnos N/C je stalan 1:5 ili 1:4  Prečnik jedra se kerće od 5-10 μm Građa jedra  Jedrov omotač (nukleusni ovoj)  Vanjska i unutarnja jedova membrana  Pore jedrove membrane  Jedrova lamina(građena od intermedijalnih filameneta  Nukleoplazma (karioplazma)  Hromatin  Jedarce (nukleolus)  Jedrov omotač  Spoljašnja membrana (7-10 nm)  Perinukleusna cisterna (10-40 nm)  Unutrašnja membrana (7-10 nm)  Jedrove pore-80-ak speifičnih proteina raspoređenih u 8 kompleksa.  Nukleusna lamina ( 10-20 nm kod kičmenjaka, a kod beskičmenjaka oko 100 nm)  Laminini ( A,B1, B2 i C) Hromatin  Osnovna masa jedra/matriks  Prema stepenu spiralizacije i genetičke aktivnosti u interfaznom jedru razlikuju se: Euhromatin Heterohromatin Jedarce (nukleolus)  Mjesto transkripcije rRNK i njene obrade kao i mjesto pakovanja u ribosomalne subjedinice  Sekundarna suženja na hromosomima –nukleolusni organizacioni regioni NOR  Na akrocentričnim hromosomima. Kod čovjeka na 13,14,15,21 i 22. Građa jedarceta  Fibrilarni centar (pars amorpha)-dio DNK koji se ne transkribuje  Gusta fibrilarna komponenta (pars fibrillaris)-filamente rRNK koji se zrakasto šire od DNK  Granularna komponenta (pars granularis)-subjedinice ribosoma  NOR-region organizacije nukleolusa(sekundarna suženjaakrocentričnihhromosoma)  Sadrže gene za sintezu rRNK  U jedarcetu se nalazi veliki broj ponovljenih gena za rRNK na određenim hromosomima koji se nazivaju nukleolusni organizacioni centri (engl.nuclear organizing regions, skraćeno NOR). NUKLEINSKE KISELINE – struktura i funkcija Deoksiribonukleinska kiselina -DNK Ribonukleinska kiselina –RNK: informaciona -iRNK ribosomalna-rRNK transportna -tRNK Deoksiribonukleinska kiselina  Osnovna gradivna jedinica – nukleotid  - Dva komplementarna polinukleotidna lanca  Komplementarne baze: Timin (pirimidin)-Adenin (purin), Citozin (pirimidin)-Guanin (purin)  Nukleotidi povezani fosfodiesterskom vezom u polinukleotidni lanac  Model dvostruke zavojnice - Watson i Crick 1953  Komplementarnost baza i lanaca, međusobna uslovljenost, specifičnost  Dezoksiribonukleinska kiselina(DNK) –nosilac genetičke informacije; RNK - imaju višestruku funkciju: iRNK-kopije gena koji nose informaciju za strukturu proteina prenose informaciju kroz ćeliju, od gena do proteina; tRNK-učestvuju u sintezi proteina, kao posrednici izmeđ u nukleotida u iRNK i aminokiselina; rRNK-strukturne katalitičke komponente ribosoma. - NK je polimer čija je osnovna jedinica građe nukleotid. - Svaki nukleotid se sastoji od po jednog molekula azotne baze, pentoze i fosforne kiseline. -NK sadrže dva tipa azotnih baza: purinske (AG) i pirimidinske (CT) -Pentoza koja ulazi u sastav DNK je dezoksiriboza, dok se u RNK nalazi riboza. -Jedinjenje koje nastaje od azotne baze i pentoze se naziva nukleozid. -Nukleotidi su estri nukleozida i fosforne kiseline. -Nukleotidi u dugom polinukleotidnom lancu povezani su3‘,5' fosfodiestarskim vezama. -Na 5' nalazi se slobodna fosfat grupa; C jednog šećera povezan s hidroksilnom grupom pričvršćenom na 3' ugljik sljedećeg šećera u redu. -Na jednom kraju polinukleotidnog lanca ostaje slobodna C3' hidroksilna grupa, to je 3' kraj; -Na drugom C5'‚ fosfatna grupa, to je 5' kraj. -DNK ili deoksiribonukleidna kiselina -Nosilac genetičke informacije i njena uloga je da obezbijedi prenošenje genetičke informacije kroz generacije -Kao hemijska supstanca prisutna u nukleusu svih ćelija u svim eukariotskim organizmima. - Kod Prokariota-nukleoid organizmima. - DNK kontroliše sve hemijske promjene koje se dešavaju u ćelijama. - DNK je makromolekul i polimersastavljenod tri tipa jedinica: šećera od pet ugljenikovih atoma, dezoksiriboze; azotne baze; i fosfatne grupe. Dva su tipa azotnih baza, purini i pirimidini. U DNK su prisutne dva tipa purinskih baza, adenin (A) i guanin (G), i dva pirimidinskih baza, timin (T) i citozin (C). Chargaffova pravila --Količina adenina jednaka je količini timina: [A] = [T]. Količina guanina jednaka je količini citozina:[G] = [C] -Količina purinskih baza jednaka je količini pirimidinskih. -G+C/A+T=1 -Specifičnost vrste se zasniva na redosljedu nukleotida, odnosno primarnoj strukturi DNK. -Varijabilnost primarne strukture DNK je ogromna -Desnogira dvolančana zavojnica -Osnovu te strukture čini dvolančana desnogira 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 cijelom dužinom isti prečnik. -Purinske i pirimidinske baze se nalaze u unutrašnjosti zavojnice gusto naslagane jedna na drugu, a ravni baza su normalne na osu zavojnice. -Fosfatne grupe su okrenute prema spoljašnjoj strani i zajedno sa pentozama čine skelet zavojnice Mostovi - Dva lanca u zavojnici DNK povezani H vezama. -Ako jedan lanac ima A, naspram je T; Naspram C je G. -Za uparivanja između A—T i G—C se kaže da je komplementarna -A-T bazni par ima 2 vodikove veze, a G-C bazni par ima 3 vodikove veze. - Interakcija G-C je stoga jača (za oko 30%) od A-T; -A-T bogatiregiona DNK su skloniji termalnim fluktuacijama. - Komplementarnost uparivanja u molekuli dupleksa znači da se svaka baza duž jednog lanca DNK podudara sa bazom u suprotnom položaju na lancu - Ovaj princip objašnjava kako samo četiri baze u DNK mogu biti kod za ogromnu količinu informacija potrebne za napraviti organizam. - To je sekvenca baza duž DNK koja kodira genetičke informacije, a sekvenca je potpuno ograničena. - Poslije otkrića sekundarne strukture DNK - Hipoteza o protoku genetičke informacije kroz generacije i kroz ćeliju - Centralna dogma molekularnebiologije - DNK može samu sebe da udvaja i da upravlja sintezom RNK, a RNK sintezom proteina. Polimorfizam strukture dvostrukog heliksa Zove se B oblik DNK. Svaki lanac pravi jedan potpuni okret svakih 34 Å. Heliks je desnogiri, što, svaki lanac prati put u pravcu kazaljke na satu dok napreduje. Baze su razmaknute na 3,4 Å, tako da postoji deset baza po helikalnom zaokretu u svakoj niti i deset baznih parova po okretu dvostrukog heliksa. Svaka baza je uparena sa komplementarnom bazom u drugoj niti vodikovim vezama, koje osiguravaju glavnu silu koja drži zajedno nit Suprotna orijentacija dva nukleotidna lanca naziva se DNK – Antiparalelizam Ostali oblici DNK DNK može formirati više od 20 različitih varijanti Pojedini lokalni regioni DNK formiraju desnogire zavojnice koje su koje se razlikuju – A zavojnice. Neke regije DNK u ćeliji mogu čak formirati lijevogiru zavojnicu (naziva se Z oblik DNK). Osobine DNK Ima sposobnost samoreprodukcije nosi informaciju o sintezi belančevina ima sposobnost promenljivosti RNK –ribonukleinskakiselina - Izgrađena je od jednog polinukleotidnog lanca. - Mnogo su manji molekuli, najveći je veličine jednog gena. Tri tipa RNK: -rRNK-ribosomalna-sa proteinima gradi ribosome -iRNK-informaciona-prepisuje informaciju sa DNK -tRNK-transportna-prevodi informaciju sa iRNK na amino kiseline i transportuje amino kiseline  Gen - funkcionalni dio molekule DNK (određena sekvenca nukleotida) koji sadrži informaciju za sintezu određenog proteina, odnosno određene RNK (geni za: proteine, rRNK, tRNK) - Specifična struktura i funkcija svakog gena određena je brojem i rasporedom heterocikličnih baza. Geni Fizička i funkcionalna jedinica nasleđivanja, koja prenosi nasljednu poruku iz generacije u generaciju; Čini ga cjelovit dio DNK potreban za sintezu jednog proteina ili jednog molekula RNK (iRNK, tRNK ili rRNK). Geni su nanizani duž hromosoma. Gen za određeno svojstvo uvijek se nalazi na istom mjestu na hromosomu (genski lokus). Geni su linearno raspoređeni dijelovi hromosomske DNK. Njihova veličina (broj nukleotida DNK) i raspored na hromosomima su stogo određeni. Građa gena je ustvari građa same DNK i ogleda se u tačno određenom redosljedu četiri različita nukleotida(A,T,C i G, početna slova azotnih baza u DNK: adenin, timin, citozini guanin). Promjena tog redosljeda, manjak ili višak nukleotida rezultira u promjeni funkcije gena i naziva se genska mutacija (tačkasta mutacija). Prema funkciji koju obavljaju, gene možemo podijeliti na: strukturne i regulatorne. Strukturni geni-nose šifru za protein (prepisuju se na i-RNK) i geni koji se samo prepisuju u RNK (t-RNK, r-RNK). Regulatorni geni se ne prepisuju već se za njih vezuju molekuli koji regulišu određene procese u organizmu. Pripadaju im geni koji učestvuju u replikaciji, geni koji učestvuju u kretanju hromosoma u diobi, geni koji kontrolišu krosing-over i telomere koje doprinose stabilnosti hromosoma. Skup svih gena u jednoj haploidnoj ćeliji je genom. Količina DNK u genomu eukariota daleko premašuje zbir gena koji kodiraju sve proteine prisutne u ćelijama. To znači da dio genoma sadrži nizove nukleotida koji ne nose šifru za sintezu proteina. Segmenti gena koji sadrže informaciju za sintezu proteina – egzoni; nekodirajući nizovi između njih – introni. Geni eukariota imaju mozaičku građu: dio gena koji nosi šifru ispresijecan je dijelovima koji ne nose šifru. Najveći gen u genomu čovjeka je gen koji kodira mišićni protein distrofin; distrofin je veliki protein (sadrži 3685 aminokiselina) pa je i gen koji ga kodira ogroman. Introni u njemu zauzimaju više od 99% ukupne dužine. Kod prokariota introni ne postoje već su njihovi geni neprekinuti nizovi kodirajućih nukleotida. Nekodirajući dijelovi genoma našli su praktičnu primjenu u krimnologiji i sudskoj medicini po znatu kao genetički otisci prstiju. Alek Džefris je 1984. god. otkrio dijelove DNK koji se javljaju na više od 1000 mjesta u humanom genomu najčešće u blizini telomera hromosma. Oni su karakteristični za svakog čovjeka kao što su to i otisci prstiju. Značaj introna Biološki značaj introna i njihova funkcija nisu još uvijek upotpunosti razjašnjeni. Danas se zna da oni nisu ''smećeDNK'', kako se ranije mislilo. Postojanje introna i alternativno spajanje egzona omogućava da manje gena kodira veći broj proteina. Osim toga, neki introni sadrže regulatorne sekvence (kao što su male regulatorne RNK) koje kontrolišu ekspresiju gena (nisu ''smeće''). Postojanje introna i egzona omogućava formiranje novih gena i alela, što može da predstavlja evolutivnu prednost. Genetički kod Jezik za prenošenje genetičke poruke od DNK (gena) do proteina, naziva se genetička šifra (kod), a sadržana je u redoslijedu nukleotida na lancu DNK. Njegova jedinica je niz od tri nukleotida DNK (triplet) i on se u cjelini komplementarno prenosi na i-RNK (koja umjesto timina ima uracil). Svaki triplet na i-RNK je kodon za jednu aminokiselinu, a niz međusobno povezanih aminokiselina čini polipeptidni lanac (protein). Genetski kod je rječnik koji odgovara slijedu nukleotida i slijedu aminokiselina. Svaki kodon čine tri nukleotida. Ukupno 64 kodona; 61 služi za šifrovanje pojedinih aminokiselina UAA, UAG, UGA su STOP kodoni AUG i GUG su START kodoni Svojstva genetičkog koda Genetički kod pokazuje tri važne osobine: univerzalnost, iizrođenost i očitava se bez preklapanja. Univerzalnost – genetički kod isti za sve biološke vrste, odnosno da pojedini kodoni u gotovo svim biološkim vrstama odgovaraju istoj aminokiselini. Univerzalnost genetičkog koda ukazuje da postoji zajednički evolucioni jezik. I pored stotine miliona godina evolucije genetički kod se malo promijenio. U izvjesnom smislu ljudski genetički kod ima mnogo sličnosti sa kodom bakterija ili biljaka. Minimalne razlike se mogu uporediti sa dijalektima jednog istog jezika, a ne sa dva različita jezika. Izrođenost (degenerativnost) – jednu aminokiselinu najčešće određuje veći broj kodona. Kodoni koji određuju istu aminokiselinu često su vrlo slični i najčešće se razlikuju samo u trećem nukleotidu, tako da ako dođe do zamjene nukleotida to ne predstavlja i zamjenu aminokiseline u proteinu. Očitavanje bez preklapanja (okvir čitanja) – nukleotidi jednog kodona nikada ne pripadaju istovremeno i susjednim kodonima. Start-kodon je ključni signal. Pošto translacija počinje na start-kodonu i nastavlja se čitanjem po tri uzastupna nukleotida, položaj start-kodona osigurava da se iRNK čita u ispravnom okviru (''tri po tri'').  HROMOSOMI -Hromosomi su makromolekuli (tjelašca) koji se mogu uočiti u jedru ćelija za vrijeme njihove diobe. -Najveći dio DNK (čovjekovih gena) smještenje upravo u hromosomima. -Hromosomi se nalaze u parovima u svim tjelesnim ćelijama, osim u spolnim ćelijama. -Stalno tokom života pojedinca (ne gubite ili ne dobijate hromosome). -Stalan za sve pripadnike iste vrste.  Euhromatin  Kodirajući  Transkriptivno aktivan  Svjetliji je.  Rastresitiji je u interfazi  Ranije se replicira.  Sadrži genetički aktivne regione. Kada se eukariotske stanice ne dijele -faza koja se naziva interfaza - hromatin unutar njihovih hromosoma manje je čvrsto upakiran. Ova slobodnija konfiguracija je važna jer dopušta transkripciju.  Heterohromatin  Heterohromatin se sastoji od uglavnom neaktivne DNK.  Tamniji je.  Kondenzovaniji je.  Genetički je neaktivan.  Kasnije se replicira  Dva tipa heterohromatina: o Konstitutivni heterohromatin: o može da se nalazi uvijek na istom mjestu, takav je heterohromatin u regionu telomera i centromera; o ili ima promenljivo mesto zavisno od perioda života ili tipa ćelije.  Fakultativni heterohromatin, koji se ponekad izražava.  Njegovo prisustvo nije obavezno niti stalno, nalazi se na inaktivnom X hromosomu kod ženki sisara, poznatom kao Barovo tijelo.  Čini neaktivni X hromosom u ženskim somatskim ćelijama. (Barrovo tijelo) Barr i Bertram opisali spolni hromatin ili Barrovo tijelo Hemijski sastav hromatina: - Nukleoproteinski kompleks - Nukleinske kiseline DNK i mala količina RNK; - Proteini: histonski(bazni) nehistonski(kiseli ili rezidualni)   Pri diobi ćelije hromatin se oblikuje u mikroskopski vidljive strukture, hromosome.  Eukariotski hromosomi sadrže ogromne molekule DNK koji su visoko kondenzovani tokom mitoze i mejoze.  Svaki hromosom sadrži jedan veliki dvostruki spirala (lanac) molekula DNK Nukleosom - Kako su strukturirani eukariotski hromosomi? o Smanjenje dužine molekula DNK ili kondenzacija molekula DNK – pakovanje DNK o Veliki stepen kondenzacije molekula DNK ukazuje da je asocijacija DNK hijerarhijska o Prvi nivo pakovanja DNK sa histonskim proteinima -nukleosomi - Svaki nuklesom sastoji se od DNK omota ne 1,65 puta oko osam histonskih proteina. - Dvostruka spirala nukleosomske DNK omotana oko histonskih proteina. - Po dva molekula histona H2A, H2B, H3 i H4 grade osmočlanu jezgru-oktamer. Segent DNK (približno 140 bp) stvara nepuna 2 navoja oko histonske jezgre. Tako nastaje struktura nazvana nukleosom. - Između dva nukleosoma nalazi se 60bp “linker ” DNK - Takva struktura nanizanih nukleosoma predstavlja prvi nivo organizacije hromatina – Nukleosonma nit - U ovom pakovanju učestvuje histon H1. On ima ulogu da povezuje susjedne nukleosome, vezan je za DNK na mjestu gdje ona ulazi i napušta nukleosom, za tzv. vezujuću (linker) DNK. Vezujuća DNK je ustvari dio DNK lanca između dva nukleosoma. Pored toga histon H1 ostvaruje interakciju i sa DNK koja se namotava oko histonskog okramera.. - Nukleosomi ulaze u organizacijske forme višeg reda i čine osnovu fibrilarnih struktura u sastavu hromosoma.Tijesno zbijeni nukleosomi, zajedno sa veznom DNK I histinom H1 –nukleosomno vlakno. - Specifičnim uvijanjem nukleosomnog vlakna – solenoidno ili hromatinsko vlakno. Solenoidne strukture se sastoje 6-10 od gusto upakovanih nukleosoma, čineći supranukleosomska zrnca ili nukleomere. - Ni ovaj nivo pakovanja nije dovoljan da se DNK smjesti u jedro već je neophodno da se njena dužina prividno smanji oko 10 000 puta. To uslovljava još nekoliko nivoa savijanja tzv. superspiralizacije DNK kao što su petlje i trake koje su prečnika od 100 nm. Solenoidno (hromatinsko) vlakno specifičnim povezivanjem i obmotavanjem stupa u odnos sa „ scaffold” strukturom rezidualnih bjelančevina, tvoreći osnovnu hromosomsku nit - hromonemu Morfologija hromosoma - Predstavlja hromosom u metafazi. - Hromosomi nisu vidljivi pod svjetlosnim mikroskopom u ćelijama koje se ne dijele (interfazne ćelije). Kako se ćelija počinje dijeliti, niti hromatina (DNK-proteinski kompleks) u jezgri počinju se kondenzirati u više nivoa povijenih struktura prepoznatljivih kao hromosomi.   Centromera - Centromera je primarno suženje hromosoma važno za kretanje hromosoma tokom diobe. - U području centromere nalazi se kinetohor. To je troslojna laminarna proteinska struktura kojom se hromosom prihvata za mikrotubule diobenog vretena. - Kinetohori viših organizama sadrže osim proteina i molekulu RNK. - Znanje o kinetohorima uglavnom potiče od istraživanja tzv. CEN regije u hromosomima kvasca. - Jedan mikrotubul vezan je za svaku centromeru kod kvasca. - Viši eukarioti imaju veće centromerne regije pa je više mikrotubula vezano za centromeru. - Istraživanja su pokazala da hromosomi bez centromere nasumično segregiraju i na kraju se gube iz ćelija. - Njihova fizička uloga je djelovati kao mjesto sastavljanja kinetohore -vrlo složene multiproteinske strukture koja je odgovorna za stvarne događaje segregacije hromosoma. Eukariotski hromosom je linearna struktura čije krajeve nazivamo telomerama. - Telomere imaju specifične funkcije:  Sprječavaju sljepljivanje krajeva hromosoma  Sprječavaju razgradnju hromosoma (egzonukleazama)  Omogućavaju pravilnu replikaciju krajeva hromosoma  Većina do sada izoliranih telomera sadrže ponavljajuće (repetitivne) sekvence: ponavljanja od 5 do 8 baza.  Kod čovjeka se telomerna sekvenca TTAGGG ponavlja 250 do 1000 puta.  Telomere hromosoma čovjeka otkrio je R. Moyzis korištenjem specifičnih proba s visoko repetitivnim dijelom humane DNK.  Visoko repetitivna sekvenca = brojne uzastopno ponavljajuće kopije jedne sekvence = satelitna DNK.  Telomerne sekvence su konzervirane i nađene su u svih kičmenjakate kod jednoćelijskih eukariota; slične sekvence nađene su kod različitih eukariota. Haploidna i diploidna hromosomska garnitura - Diploidna hromosomska garnitura čovjeka (2n) = 46 hromosoma (u somatskim ćelijama):  44 hromosoma (22 homologna para)= autosomi  2 hromosoma ( 1par) = polni hromosomi (heterosomi, gonosomi) (kod žene XX, a kod muškarca XY). - Haploidna hromosomska garnitura (n) 23 hromosoma - u gametima:  22 autosoma i jedan spolni hromosom o jajna ćelija: 22 autosoma + X hromosom o spermiji: 22 autosoma + X ili 22 autosoma + Y Kariotip - Kariotip je broj i izgled hromosoma u jezgri eukariotske ćelije. - Pojam se koristi i za kompletan set hromosoma u vrsti ili pojedinačnom organizmu Kariotip čovjeka 46, XY ili 46, XX - U diploidnim (2n) organizmima genom se sastoji od homolognih hromosoma. - Jedan hromosom iz svakog homolognog para dolazi od majke (koji se naziva majčin hromosom), a jedan od oca (očev hromosom). - Ploidija je kompletan skup hromosoma u ćeliji. Nivoi organizacije genetičkog materijala DNK – GEN – HROMOSOM – GENOM Veličina genoma - Haploidni ljudski genom sadrži približno 3 milijarde baznih parova DNK upakovanih u 23 hromosoma. - Veličina genoma izražava se kao tzv. C-vrijednost koja predstavlja broj baznih parova u haploidnoj garnituri hromosoma. - Vršena su upoređivanja veličine genoma sa složenošću biološke vrste i utvrđena je korelacija između veličine genoma virusa, bakterija i eukariota i njihove složenosti:  virusi su najprostiji i imaju najmanji genom,  bakterije, kao složenije od virusa imaju veći genom od njih ali ipak manji od eukariota. - Ta korelacije ne važi pri međusobnom upoređivanju samih eukariota. Tako mnoge filogenetski starije, jednostavnije eukariotske vrste imaju daleko veći i složeniji genom nego što ga imaju mlađe, složenije vrste, što se naziva paradoks C-vrednosti. Tako npr. genom čovjeka sadrži 3,2 milijarde baznih parova i istovremeno je 200 puta manji od jedne parazitske amebe. Sekvence DNK u eukariotskom hromosomu - DNK je vrlo heterogena molekula i čine je:  “Jedinstvene” sekvence-pokazuju veliku raznovrsnost i obuhvataju najveći broj strukturnih gena koji se mogu javiti samo u jednoj kopiji (engl. “single copy”) ili u svega 2-3 kopije u genomu. - Ponovljeni nizovi (repetitivne sekvence) predstavljaju dijelove DNK u genomu eukariota koji se više puta ponavljaju, ima ih u više kopija. - Kod čovjeka ponovljeni nizovi sačinjavaju oko 50% genoma. Vrlo često se nazivaju genetičkim otpadom (engl. junk DNA) pošto ne sadrže uputstvo za sintezu proteina. - Naziv je poprilično neopravdan jer oni sadrže dragocene podatke o:  evoluciji humanog genoma;  populacionoj genetici;  građi hromosoma. - Ponovljeni nizovi se mogu podijeliti na:  visokoponovljive nizove  umjerenoponovljivi(srednjrepetitivni) nizovi. Visokoponovljivi nizovi (satelitske DNK) - Satelitske DNK se javljaju u vrlo velikom broju kopija u genomu, više od 105. Obuhvataju ponavljanje istih ili različitih nizova nukleotida dužine od 5-300 nukleotida. U humanom genomu se nalaze u regionu centromera hromosoma. Za satelitske DNK se smatra da se ne transkribuju. - Vrlo slični satelitskoj DNK su i tzv. tandemski ponovci promjenljivog broja ili VNTR geni (od engl.variable number of tandem repeat) koji predstavljaju osnovu testiranja poznatog kao genetički otisci prstiju Umjereno repetitivne sevence (intermedijarni nizovi) - Intermedijarni nizovi nukelotida DNK se javljaju sa znatno manjim brojem (10 -105) kopija u genomu. - Ovi nizovi se mogu transkribovati u r-RNK, t-RNK i i-RNK za histone, α i β globine, tubuline, aktine itd. - U ove nizove nukleotida ubrajaju se:  familije gena (multigenske familije) koje se sastoje od dva ili više gena koji su nastali duplikacijom predačkog gena; dobro proučene familije gena koje broje manje članova su familije α i β hemoglobina; u genskim familijama se pored aktivnih mogu naći i neaktivni geni nazvani pseudogeni;  tandemski ponovljeni geni grupisani su u skupove koji se uzastopno ponavljaju; primer su geni za histone koji se u genomu sisara nalaze u 10 -20 kopija za svaki od pet postojećih histona; u svakom skupu se nalazi po jedan gen za svaki od histona: H1, H2A, H2B, H3 i H4;  mobilni genetički elementi koji mijenjaju svoje mjesto u genomu pa se nazivaju skoči – geni - Neki nizovi nukleotida u eukariotskom genomu imaju sposobnost da mijenjaju mjesto pa se nazivaju mobilni genetički elementi ili popularniji bukvalni prevod engleskog, jumpinggenes, skoči-geni. - Ovakvim ponašanjem mobilni geni prenose nizove nukleotida sa jednog na drugo mjesto što dovodi do:  genskih mutacija  strukturnih hromosomskih aberacija. Vanhromosomski geni - Osim u hromosomskoj DNK smještenoj u jedru eukariota ili nukleoidu prokariota, geni se nalaze i u:  kod prokariota u malim prstena s tim molekulima DNK nazvanim plazmidi;  kod eukariota u ćelijskim organelama:  mitohondrijama – mitohondrijski genom  hloroplastima biljne ćelije – hloroplastni genom.  Replikacija Struktura nukleinskih kiselina Razlike u strukturi DNK i RNK molekula Opšte karakteristike replikacije: - A. Semikonzervativni proces - B. Replikacioni početak (Origin place) - C. Bidirekcioni - D. Semidiskontinuirani Sinteza DNK u S (S potfaza) S potfaza tokom interfaze ćelijskog ciklusa Jedro eukariota Citoplazma prokariota Tri moguća modela replikacije DNK 1. Konzervativni model- Oba roditeljska lanca ostaju zajedno posle replikacije 2. Semikonzervativni model- Dvolančani molekul DNK sadrži jedan stari i jedan novosintetisani lanac 3. Disperzivni model- Svaki novonastali lanac sadrži izmješane fragmente s Replikon je DNK molekul ili RNK molekul, ili region DNK ili RNK, koji se replikuje iz jednog mesta početka replikacije. Za prokariote je to cijeli genom. DNK polimeraza II (DNK Pol II ili Pol II) je prokariotska DNK polimeraza. Ona učestvuje u popravci DNK. -Kopiraju lanac DNK sa visokim stepenom tačnosti - Sintetišu polinukleotidne lance samo u pravcu 5’ 3’ - Ne mogu da otpočnu sintezu DNK lanca Kod prokariota postoje tri vrste DNK polimeraza (pol I, pol II i pol III). Razlike DNK polimeraze I i DNK polimeraze III - DNK polimeraza I - uklanja RNK prajmer 5’ 3’ egzonukleaznom aktivnošću - popunjava praznine koje nastaju uklanjanjem RNK prajmera, ugradnjom dNTP - DNK polimeraza III (DNK replikaza) -glavni enzim u replikaciji odgovoran za elongaciju lanca DNK - uklanja nepravilno sparene nukleotide 3’ 5’ egzonukleaznom aktivnošcu i na njihova mesta ugrađuje komplementarne nukleotide ENZIMI (PROTEINI) U PROCESU REPLIKACIJE - Inicijacijski proteini- prepoznaju i vezuju se za ishodište replikacije (DNK a PROTEIN) - DNK helikaza- razmotava heliks i razdvaja DNK lance - →replikacijska viljuška (u svakom replikonu dvije replik. viljuške suprotno usmjerene) - HDP –heliks destabilizirajući proteini -vezuju se na jednolančane DNK (SSB) - RNK polimeraza (primaza)- počinje replikaciju →RNK početnica ISHODIŠTA REPLIKACIJE (replikativni počeci) - PROKARIOTI - započinje na jednom mjestu u molekuli i odvija se istovremeno u oba smjera (BIDIREKCIONO) - EUKARIOTI - BROJNA ISHODIŠTA REPLIKACIJE (replikativni počeci) Stvaranje replikacione viljuške - DnaA protein – prepoznaju specifične nukleotidne sekvence koje određuju mjesto inicijacije replikacije - DNK helikaza – drži lance DNK odvojene u cilju odmotavanja duplog heliksa - SB proteini – drže lance DNK odvojene i štite DNK od nukleaze - Primaza (RNK polimeraza) sinetiše kratke dijelove RNK, komplementarne i antiparalelne u odnosu na DNK matricu Inicijacija replikacije - Interakcijom između Replikatora (Spec sekvence DNK) i inicijatora(Proteinski kompleks koji se vezuje za replikator) - Primazom čine primaza, helikaza i nekoliko drugih proteina koji pomažu aktivnost helikaze BITNO!!! Proces sinteze ovog (komplementarnog lanca DNK) zahtijeva prisustvo kraćeg lanca RNK (RNK prajmer) Okazaki framenti: 1000-2000 bp prokarioti 100-200 bp eukarioti Uklanjanje prajmera - RNaza H nailazi na prajmer (koji je RNK) koji prepoznaje i uklanja (razara) do poslednjeg nukleotida koji će ukloniti DNK polimeraza I i dodati novi dezoksiribonukleotid Faza terminacije replikacije - Završetak replikacije se vrši u regionu koji se naziva Replikacioni terminus - Tačno naspram replikacionog početka oriC - Tu su terminacione sekvence identične dužine po 23 bp (šest sekvenci) - Učestvuju i Tus proteini Krajevi hromosoma-TELOMERE - Svakom replikacijom DNK ostaje oko 50- 200 bp nereplicirano na 3‘ krajevima hromosoma ZAOSTAJUĆEG LANCA - Kritično skraćene telomere ne mogu formirati T-omče i ne štite hromosomske krajeve. - Ćelija takve telomere prepoznaje kao dvolančane lomove DNK i aktivira proteine DNK popravka - Ć s takvim hromosomima su ostarjele, ulaze u stanje mirovanja, umiru ili razvijaju tumore DNK polimeraza ne može kopirati krajnje 5’dijelove linearnih molekula DNK (smjer kojim kopira DNK polimeraza je 5’—3’) Krajnje dijelove kopira enzim TELOMERAZA - reverzna transkriptaza: enzimski kompleks koji sadrži vlastiti RNK kalup komplementaran s ponavljajućim telomernim slijedovima hromosoma RNK kalup omogućava telomerazi da sintetizira višestruke kopije ponavljajućih slijedova bez prisustva DNK kalupa  ĆELIJSKI CIKLUS - Veličina jedinke zavisi od ukupnog broja ćelija - Odrasli čovjek u jednom gramu tkiva ima otprilike 1 milijardu ćelija PROLIFERACIJA > > < < APOPTOZA mitoza ćelijska smrt nove ćelije – balans – uklanjanje starih  Ćelijski (životni) ciklus - period nastanka ćelije diobom pa do njene podjele. tj događaji od reprodukcije prve generacije do reprodukcije druge, ili do smrti jedinke.  Obuhvata dva osnovna perioda (faze): interfazni ili metabolički i period diobe (mitoza); Interfazni period traje mnogo duže od perioda diobe;  Osnovna karakteristika ćelijskog ciklusa je smjenjivanje interfaze i mitoze. Bitne funkcije MITOTSKOG ćelijskog ciklusa su: 1. Osigurati da svaka hromosomska DNK molekula replicira jednom i samo jednom po ćelijskom ciklusu 2. Osigurati ravnopravnu distribuciju identičnih replika svakog hromosoma (sestrinske hromatide) u dvije ćelije kćeri Ćelijski ciklus se sastoji od dvije glavne faze (perioda): - INTERFAZE period u kojem nema podjele ćelije  90% ćelijskog ciklusa G1 >> S >> G2 (G0) - M faze  Uključuje mitozu i citokinezu INTERFAZA - Period ćelijskog ciklusa u kome se odigravaju najznačajniji biohemijski i fiziološki procesi u ćeliji. - Hromosomi nisu vidljivi pod mikroskopom, postignut maksimum stepena despiralizacije,u jedru se vide nepravilna hromatinska zrnca: jedarce i jedrova opna cjeloviti - Tri perioda interfaze: G1, S i G2 - Ima tri podfaze  Prva: G1 (prvi jaz, pukotina ) presintetička  Ćelija čini kopije organela i raste  U G1, ćelija nastavlja sintezu proteina, lipida i ugljikohidrata  Ponekad dioba stanica, poput onih u jetri, može ići u pravcu G0, gdje može ostati godinama  Najduža faza ćelijskog ciklusa gdje ćelija donosi odluku da li da nastavi ciklus dalje ili da ostane u fazi mirovanja i obično specijalizira (funkcionalno)  Nasuprot tome, ćelije koje se ubrzano dijele u npr. u koštanoj srži kroz G1 prolaze od 16 do 24 sata  Ćelije u ranom stadiju embrija mogu preskakati G1 u cijelosti   kraj ove podfaze „ tačka bez povratka“  Broj hromosoma > 2n >diploidan; struktura (broj DNK molekula) jednostruki (jednak broj hromosoma i molekula DNK)  presintetički (prije duplikacije DNK) o Transkripcija o Translacija o Metabolizam  G0 podfaza  Produžena G1 podfaza gdje se ćelija ne dijeli niti priprema za podjelu (npr neuron).  Nema replikacije DNK  Većina ljudskih ćelija je u G0  Ćelije jetre - u G0, ali su zadržale mogućnost da se podijele  Živčane/nervne i mišićne ćelije  Visoko funkcionalno specijalizirane  Druga: S (synthesis)= sinteza, replikacija, umnožavanje  udvostručavanje DNK molekule  Najvažnija: podfaza=element pripreme ćelije za diobu  Replicira se cijeli genom!  Zajedno sa replikacijom DNK molekule mijenja se i struktura hromosoma  Postaju dvostruki!  Kao rezultat toga, svaki hromosom se sastoji od dvije kopije (sestre hromatide) spojene na područje nazvanom centromera.  Kod čovjeka stanice u S podfazi provedu od 8 do 10 sati  Mnogi proteini se također sintetiziraju tokom ove faze, uključujući i one koje formiraju diobeno vreteno koji će povući hromosome (razdvojiti ih).  Mikrotubuli formiraju strukture nazvane centrioli u blizini jedra.  Broj hromosoma > 2n > diploidan – 2n II  Struktura (broj DNK molekula) dvostruki  Treća: G2 (drugi jaz, pukotina )  Ćelija se priprema za nadolazeću M (mitozu) fazu  Veća sinteza proteina neophodnih za diobu  Najkraća podfaza  Početak kondenzovanja hromosoma  Prokarioti nemaju G2  svaki hromosom ima dvije hromatide  tjelesne ćelije čovjeka imaju 46 hromosoma, znači, u G2 fazi postoje 92 hromatide  2n II  MITOZA grčki; mitos –nit - Mitoza u konačnici stvara dvije ćelije kćerke genetički identične matičnoj ćeliji (majci) - Ako isključimo rijetke mutacije - Mitoza omogućava:  višestaničnost  rast organizma  zarastanja rana  regeneraciju tkiva Prestaju sintetski procesi i ćelija se dijeli. - Ona se odvija veoma brzo i u prosjeku traje 1 - 2 sata. U normalnom ćelijskom ciklusu iz faze rasta ćelija neminovno prelazi u fazu ćelijske diobe, koja podrazumijeva kako diobu jedra njenog genetičkog materijala (kariokineza), tako i diobu citoplazme (citokineza). - Dioba putem koje nastaju sve ćelije (tjelesne) organizma izuzev gameta (polne ćelije). - Podfaze: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza i telofaza -  PROFAZA: 2n II > hromosomi postaju vidljivi  Početak mitoze (M faze)  Hromatin se kondenzira u štapićaste strukture – hromosome  Svaki hromosom se sastoji od sestrinskih hromatida, spojeni centromerom (najbolje u metafazi)  Pojedinačni hromosomi su teško raspoznatljivi  Vide se svi zajedno (klupko-spirem)  Na svaki kraj ćelije tj. na polove, odlazi po jeda par centriola budući da je došlo do njihove duplikacije u G2 fazi interfaze.  Počinje formiranje mitotskog ili diobenog vretena  Začetak diobenog vretena je u ekstranuklearnoj regiji  Kako profaza napreduje, hromosomi postaju sve kraći i deblji kao rezultat spiraliziranja.  Na kraju profaze, razgrađuje se jedarce, a membrana koja okružuje jedro, počinje da se naglo se raspada.  Prometafaza  Počinje kada se jedrova membrana raspadne na veliki broj sitnih vezikula (spljoštenih)  Hromosomi se i dalje skraćuju  Početak kretanja hromosoma ka sredini ćelije- buduća Ekvatorijalna ravan  Jedarce potpuno iščezava   Metafaza: 2nII  Traje najkraće  Ona je najtipičnija faza mitoze  Analiza hromosoma  Formirano je diobeno vreteno  Hromosomi se mogu analizirati pojedinačno  Položaj im je u ekvatorijalnoj ravni  Maksimalna spiralizacija hromosoma-debeli su  Nema jedrove membrane  Nema jedarceta  Suprotna orijentacija sestrinskih hromatida Centromera - centralno suženje na hromosomu Kinetohor - mjesto na hromosomu za koga se kače niti diobenog vretena Diobeno vreteno – bipolarna fibrilarna struktura - Astralne niti: mikrotubule koje se radijalno pružaju oko centriola na polovima - Polarne niti: od jednog do drugog pola - Hromosomske niti vežu se za centromeru svakog hromosoma  Anafaza: 2nI  Počinje podjelom centromera i razdvajanjem kinetohora svake hromatide!  Razdvajaju se sestre hromatide (svaka putuje suprotnom polu ćelije)  Hromatide postaju nezavisni hromosomi!  Prema svakom polu odlazi diploidan broj jednohromatidnih hromosoma  Razlika između jednog (istog) hromosoma u profazi i anafazi mitoze je u količini DNK i stepenu spiralizacije  Na kraju anafaza, hromosomi leže u dvije skupine na suprotnim polovima diobenog vretena (ćelije).  Svaka grupa sadrži isti broj hromosoma koji je bio prisutan u izvornoj interfaznoj ćeliji 2n I  Despiralizacija  Telofaza: 2nI  Počinje prispjećem hromosoma na polove ćelije  Posljednja faza u podjeli hromosoma (kariokineze)  Hromosomi se izdužuju (despiralizacija)  Formiranje telofaznih jedara  Procesi suprotni onima u profazi  Razgradnja diobenog vretena  Formiranje jedrove membrane  Formiranje jedarceta- nukleolusa  Interfazni izgled jedra   Citokineza:  Citokineza je fizički proces ćelijske diobe, koja dijeli citoplazmu roditeljske ćelije u dvije ćelije kćeri.  Kod biljnih ćelija se formira ćeliijska ploča, a kod animalnih ćelijska brazda (kontraktilni prsten)  Proces je u anafazi i telofazi.  Prsten se formira od proteinskih vlakana oko ekvatora stanice odmah ispod plazma membrane  Kontraktilni prsten smanjuje ćeliju na ekvatoru pritiskanjem plazma membranu prema unutra, i formiranje ono što se naziva brazda.  Na kraju, kontrakcije prsten sesmanjuje do te mjere da postoje dvije odvojene stanice svaka vezane vlastitom plazma membranom. ĆELIJSKI CIKLUS: INTERFAZA + MITOZA Mitoza omogućava kontinuitet (kvalitativno i kvantitativno identičnog) genetičkog materijala ( DNK, gena, hromosoma) u somatskim ćelijama Ključne tačke ćelijskog ciklusa 1. Replikacija DNK i udvostručavanje svakog hromosoma – S podfaza interfaze 2. Razdvajanje sestrinskih hromatida - anafaza mitoze Suština i značaj mitoze 1. Diobom jedne somatske 2n-ćelije nastaju dvije 2n-ćelije genetički identične i međusobno i u odnosu na ćeliju čijom diobom su nastale (ravnomjerna raspodjela genetičkog materijala) 2. Održava se kontinuitet genetičkog materijala (kvalivativno i kvantitativno) u svim somatskim ćelijama jednog ogranizma 3. Održava se broj hromosoma u svim somatskim ćelijama karakterističan za vrstu 4. Omogućeni procesi: razvoj i rast organizma, regeneracija tkiva, zarastanje rana AMITOZA – Grčki a – bez, mitos – nit - Direktna dioba je dioba jedra bez prethodnih vidljivih promjena karakterističnih za mitozu. - Ne javljaju se vidljivi hromosomi, a redovno izostaje i podjela citoplazme. - Kao rezultat amitoze često nastaju stanice sa dva ili više jedara. - Javlja se u visoko diferenciranim stanicama (jetra, bubrezi) pa se smatra da je njena svrha umnožavanje genetičkog materijala ćelije bez prekidanja njene specifične funkcije zbog diobe ćelije ENDOMITOZA – Grčki endon – unutar - Razdvajanje hromosoma na hromatide bez citokineze - Poremećaj mitoze u kome se genetički materijal duplicirao ali se nije podijelila citoplazma, a u ćeliji se nalazi udvostručen broj hromozoma zove se: endopoliploidija, a takve ćelije su poliploidne - Ovakve ćelije su npr. u jetri, placenta - Endoreduplikacija (politenija) – nastaje kao posljedica endomitoze ako se produkti udvajanja hromosoma međusobno ne razilaze: - Politeni ili džinovski hromosomi Kontrola ćelijskog ciklusa - kritične tačke ćelijskog ciklusa. - STOP i GO hemijski signali u kritinim tačkama indiciraju da li je prethodna faza procesa završena ispravno - To su:  Tokom G1 faze, a prije S faze postizanje određene veličine  Tokom G2 faze, a prije M faze tačnost završene replikacije DNK  Tokom M faze (u metafazi) tačnost bipolarnog povezivanja kinetohornih niti i raspodjele hromosoma u metafaznoj ploči  U S fazi ne postoje tačke provjere Kontrolne tačke ćelijskog ciklusa - provjera pravilnosti odvijanja prethodne faze, prije početka slijedeće Kontrola ćelijskog ciklusa - Provjera pravilnosti odvijanja prethodne faze prije početka slijedeće. - Kontrolne tačke ćelijskog ciklusa: - G1 /S (RESTRICIJSKA TAČKA) NAJKRITIČNIJA - S? - Tokom G2 faze, a prije M faze (tačnost završene replikacije DNK) - Metafaza mitoze ( provjera da li su svi hromosomi pravilno rasporedjeni u metafaznoj ploči , tj. u ekvatorijalnoj ravnini) Ćelijski ciklus kontroliraju - Unutarćelijski signali:  Ciklini  Ciklin zavisne kinaze ( engl. Cyclin dependent kinases; CDK)  Proteini koji inhibiraju CDK  MPF - (maturation promoting faktor) – faktor aktivacije M faze (regulira ulazak u mitozu - pokreće kondenzaciju hromosoma i raspad jed. omot., reorganizaciju mikrotubula u diobeno vreteno) - Vanćelijski signali:  Faktori rasta  Mitogeni i hormoni Apoptoza - Programirana ćelijska smrt - Uzrokuju je dvije grupe enzima nazvane kaspaze - Kaspaze pokretači primaju signal za aktivaciju druge grupe kaspaza izvršitelja - Kaspaze izvršitelji aktiviraju enzime koji razgrade ćeliju i njenu DNK - Apoptoza= jedan od osnovnih kontrolnih mehanizama kod višećelijskih organizama - prirodna, genetički programirana smrt ćelije - uzrokuju je i različiti agensi koji oštećuju ćeliju - mutacije vrlo opasne za organizam - npr. tumorska transformsacija - organizam štiti svoju originalnu genetičku informaciju tako da potiče samouništenje potencijalno opasnih ćelija Karbonska vrijednost - Predstavlja količinu DNK po genomu po garnituri hromosoma. - C1 sadržaj DNK u haploidnom jedru (jedra spermatozoida, jajnih stanica) spora viših biljaka. - C2 količina DNK u diploidnom jedru somatskih ćelija. - C4 količina DNK na kraju S podfaze ćelijskog ciklusa. - C - vrijednost je marker jednostruke količine DNK u haploidnom jedru (npr. gametu) ili dvostruke količine u diploidnoj somatskoj ćeliji eukariotskih organizama. Mejoza Interfaza: 2C Gametogonijske ćelije: 2C Zigoten - metafaza I: 4C M faza: 4C Anafaza I - Metafaza II: 2C Anafaza II - Gameti: 1C Telofaza - Interfaza: 2C Zigot: 2C Mjesto mitoze u kliničkoj praksi - KI-67 indeks  Ki-67 je proliferativni ćelijski marker koji se eksprimira u svim fazama ć ciklusa, osim G0.  Općenito je korišten kao način za određivanje malignih potencijala tumora i kao prognostički marker kod bolesnika s malignim neoplazmama (tumori mozga, gastrointestinalni i pankreatični neuroendokrini tumori, limfomi i karcinomi dojke).  MEJOZA Jedno udvostručavanje hromosoma u interfazi prije mejoze (premejotička interfaza), a dvije uzastopne diobe: mejoza jedan (redukciona dioba) i mejoza dva (ekvaciona dioba). Premejotička interfaza - replikacija DNK - udvostručavanje svakog hromosoma Mejoza I – redukciona dioba - Profaza  LEPTOTEN  Hromosomi kao fini konci  Krajevima spojeni sa membranom jedra  Hromomere >  ZIGOTEN  Sinaptonemni kompleks  Konjugacija homologa i formiranje tetrada - bivalenata  sinteza zigotene DNK  PAHITEN  tetrade  Krosing-over  Sinteza pahitene DNK  DIPLOTEN  razgradnja sin. kompl.  repulzija - udaljavanje homologa  hijazme