MOLEKULARNA BIOLOGIJA
Molekularna biologija biologija je studija procesa replikacije, replikacije, transkripcije,
translacije i stanične funkcije na razini bioloških makromolekula koje su u njih uključene - Nukleinske kiseline i proteini
- 1938. Warren Warren Weaver Weaver prvi put upotrijebio termin molekularna biologija - Sporadični spomeni koncepta u literaturi, ne
ulazi dugo ni u genetiku ni u biokemiju čak ni nakon otkrića dvostrukog heliksa - 1965. Molecular biology of the gene; J.
Watson, prvo izdanje, udžbenik
- poč. 21. stoljeća – zlatno doba biologije, molekularne biologije - Nevjerojatan razvoj metoda koje omogućavaju proučavanje i
razumijevanje staničnh procesa na molekularnoj razini - Nekoliko dana od otkrića proteina do njegove karakterizacije i
kloniranja odgovarajućeg gena - Kompliciranija istraživanja, detaljnija pitanja - Interdisciplinarni timovi - Kemija, fizika, biologija, matematika, statistika, informatika - Bioinformatika
- Life sciences
CENTRALNA DOGMA - Što je to? - Opišite.... - Koje stanične procese uključuje?
- U koji dijelovima stanice se oni odvijaju?
- Kako je izdržala test vremena?
Svi oblici života su slični na molekularnoj razini.
Omogućuje genetičko inženjerstvo Istraživanja na modelnim organizmima primjenjiva na ljude Rekonstrukcija ancestralnih odnosa (dokaz evolucije!)
Modelni organizmi – posebno proučavani zbog niza pogodnosti - Lako se križaju - Brojno potomstvo - Uspješno se uzgajaju u laboratorijskim uvjetima - Olakšana manipulacija (mala veličina tijela) - Kratak životni ciklus - Brz razvoj do adulta - Genom sekvenciran
E. coli
S. cerevisiae
C. elegans
A. thaliana
D. melanogaster
D. rerio
M. Musculus
4.6 Mb
16 Mb
100 Mb
125 Mb
130 Mb
1500 Mb
2700 Mb
4300
5800
20 000
27 000
13 000
36 000
25 000
Veličina genoma
Homo sapiens 2001. godine prvi od kralješnjaka sekvenciran 3088 Mb 20 000 – 25 000 kodirajućih gena
Polychaos dubium 670 Gb
Viroidi (čestice sa RNA molekulom bez proteinskog omotača) 200 b Evolucijska složenost i veličina genoma?
- C – vrijednost = količina DNA [pg] po haploidnom
kromosomskom setu eukariota. Mjera veličine genoma
Paradoks C-vrijednosti: složenost organizma i veličina genoma ne koreliraju.
1865. Gregor Mendel – zakoni nasljeđivanja! 1903. Walter Sutton i Theodor Bovari – zaključuju da ponašanje
kromosoma za vrijeme mejoze kukaca objašnjava Mendelove zakone nasljeđivanja; geni su dijelovi kromosoma - kromosomska teorija nasljeđivanja; - Što je molekula nasljeđa? - Kromosomi se sastoje od DNA i proteina - Svi su smatrali da se radi o proteinima! (kompleksniji su)
1928. engleski mikrobiolog Frederick Griffith - Eksperimenti s uzročnikom upale pluća Streptococcus pneumoniae – glatki (S) i hrapavi (R) soj S – divlji tip, virulentni R – mutacija, nemogućnost proizvodnje polisaharidne opne, izloženi
imunom sustavu domaćina, ne izazivaju infekciju.
Rezultat eksperimenata na miševima: genetski materijal iz mrtvih bakterija je u stanju transformirati žive stanice.
Uslijedila je potraga za transformirajućim principom.
1944. američki tim Avery, MacLeod, McCarty Rockefellerov institut, New York
- Proučavali su transformirajuće sposobnosti ekstrakta inaktiviranog
S soja uz korištenje nukleaza, proteaza, itd. Pokušajte osmisliti takav eksperiment!
Transformacija se događa samo kada je DNA prisutna, bez DNA nema transformacije, što znači da ona nosi nasljedni materijal.
Transformacija genetskih karakteristika bakterije Streptococcus pneumoniae dodatkom stanica drugog soja koje su prethodno inaktivirane izlaganjem visokoj temperaturi. R stanica (nepatogeni soj) prima dio kromosoma s genom za
ugljikohidratnu kapsulu od stanica S soja (patogeni soj). Uspješnost transformacije za određeni gen je obično manja od 1 % jer stanice mogu nasumično primiti druge kromosomalne fragmente koji ne nose ključni gen.
Transformacija je prisutna u prirodi i česta među bakterijama, jednostaničnim, ali i višestaničnim organizmima (iako znatno manje) - Koristi se u molekularnim metodama Horizontal gene transfer (HGT) – prijenos DNA materijala između organizama (vodoravno), a ne s roditelja na potomke
1952. I virusni geni su nukleinske kiseline!
Alfred Hershey i Martha Chase Cold Spring Harbor, Long Island
T2 bakteriofag - DNA jezgra – označena s radioaktivnim izotopom 32P - Proteinski omotač – označen s 35S Da li je moglo obrnuto?
Veliki dio roditeljske DNA , a nimalo
proteina je pronađen u novim fagima.
Proteini čak i ne ulaze u stanicu domaćina.
1951. Rosalind Franklin, biofizičarka, specijalistica kristalografije X-zrakama - Unaprjeđuje opremu u laboratoriju Maurice Wilkinsa, ali nisu dobro surađivali
- Wilkins bez njezinog znanja prosljeđuje slavnu X-ray Image Photograph 51 grupi James Watsona koji su u Cambridge-u radili na istoj problematici, rješenju strukture DNA - 1962. Wilkins, Crick i Watson dobivaju Nobelovu nagradu za pronalazak strukture DNA - Franklin umire par godina prije toga od raka jajnika
1953. Watson i Crick su protumačili difrakcijski uzorak DNA nastao kristalografijom X zrakama i ponudili model dvostruke uzvojnice.
- Dva isprepletena lanca DNA po sastavu komplementarna jedan drugome - Razmak između nukleotida je 3.4 A - Jedan okret je 34 A, promjer 20 A - Adenin i timin su povezani s dvije vodikove veze, gvanin i citozin s tri - (uvijek jedan pirimidin i jedan purin u kombinaciji) - Dva lanca moraju biti postavljena antiparalelno da bi ovo bilo moguće - Chargaffovi omjeri - A/T = 1 - G/C = 1
1949. Edwin Chargaff , biokemičar -
Kromatografija na papiru
Proučava sastav DNA Četiri nukleotida nisu prisutni u istim količinima Njihovi točni omjeri se mijenjaju od vrste do vrste Ali, nisu nasumični, A = T, C = G
1. 2. 3. 4.
Kako molekula nosi informaciju?
Kako se informacija prenosi na iduće generacije? Kako se mijenja? Kako dolazi do ekspresije fenotipa?
ODGOVORI SE INHERENTNO NALAZE U STRUKTURI DNA.
1958. Matthew Meselson i Franklin S Stahl Californian Institute of Technology
- Dokaz da se lanci DNA razdvajaju za vrijeme replikacije DNA
Sukladno semikonzervativnom modelu replikacije u kojem se dva lanca
razdvajaju tijekom replikacije i svaki služi kao kalup za nastanak novog.
Kako bi rezultati ultracentrifugiranja izgledali za konzervativni i disperzivni model?
Koliko generacija bi bilo potrebno za definitivni zaključak?
GENETSKA INFORMACIJA JE POHRANJENA U SLIJEDU NUKLEOTIDA DNA! A, G, C, T 4 N mogućih kombinacija!
DNA ne može biti kalup koji direktno navodi sintezu proteina. Zašto?
DNA je u jezgri, sinteza proteina se odvija u citoplazmi kod eukariota
Pažnja je preusmjerena na RNA
RNA može poprimiti različite sekundarne strukture, ali sparivanjem komplementarnih dijelova istog lanca.
1956. Francis Crick CENTRALNA DOGMA
Hipoteza sinteze proteina posredovana adapterskim molekulama
Prva pretpostavka je bila da RNA poprimajući različite sekundarne strukture specifično akomodira različite aminokiseline No, nije bilo logično
Aminokiseline vole interakcije s hidrofobnim skupinama
Teško da bi samo ovo bilo dovoljno za razlikovanje vrlo sličnih aminokiselina
Crick predlaže da se aminokiseine prvo vežu na nekakve adaptere koji ulaze u interakciju s RNA
1958. Zamecnik otkriva tRNA Zamecnik je razvio i prve sustave sinteze polipeptida in vitro
tRNA čine 10 % stanične RNA. Koje druge RNA vrste imamo?
Oko 85 % stanične RNA se nalazi u ribosomima. - Sastav rRNA koja je dio male i velike ribosomalne podjedinice je vrlo
sličan kod bakterija, biljaka, životinja, unatoč razlikama u sastavu DNA
1961. otkriće mRNA na sustavu T4 bakteriofaga RNA koja nastaje kao kopija DNA virusa prelazi preko ribosoma E. coli - Svega nekoliko % stanične RNA
Vizualizacija prijelaza mRNA iz jezgre u citoplazmu. Stanice Tetrahymene (papučice) izložene radioaktivnom citidinu 15 min. Svaka točka predstavlja signal tritium atoma
ugrađenog u RNA. U drugom slučaju stanice su izložene radioaktivnom citidinu tijekom 12 min i
nakon toga običnom 88 min. Sva početna RNA je migrirala u citoplazmu.
GENETIČKA ŠIFRA (KOD) -
4 nukleotida, 20 aminokiselina
Grupe od tri nukleotida određuju 1 aminokiselinu Svaki triplet nukleotida se zove KODON
Kod se dešifrira tijekom translacije pa se često prikazuje u RNA jedinicama (nukleotidima)
Genetička šifra: tek kada radimo kombinacije od po tri nukleotida, dobivamo dovoljan broj za svih dvadesetak aminokiselina! 41 = 4 42 = 16 43 = 64 1 KODON 1 AMINOKISELINA
1 AMINOKISELINA
VIŠE KODONA
