dr. sc. Ivana Restović irestovic@ffst.hr STANICA I DNA dr. sc. Ivana Restović irestovic@ffst.hr Stanični i životni ciklus

STANIČNI I ŽIVOTNI CIKLUS Protisti i prokarioti stanični ciklus = životni ciklus stanična dioba = reprodukcija Eukarioti mitoza mejoza Životni ciklus - događaji od reprodukcije jedne generacije do reprodukcije druge generacije. Stanični ciklus - događaji između dviju dioba.

STANIČNI CIKLUS INTERFAZA DIOBA Kontroliran nizom proteina – kinaza, G1, S i G2 faza DIOBA mitoza mejoza Kontroliran nizom proteina – kinaza, čimbenici rasta odgovorni za staničnu proliferaciju (diobe u skladu s potrebama organizma).

Humane st. trajanje ciklusa od 24 sata: G1-faza oko 11 sati, S-faza oko 8 sati, G2- faza oko 4 sata i M-faza oko 1 sat

INTERFAZA G2 – faza Razdoblje između dviju staničnih dioba. G0 – faza priprema stanice za diobu, sinteza proteina nužnih za mitozu. G0 – faza stanice koje se ne dijele, već obavljaju određenu djelatnost, njihove jezgre su radne jezgre. Razdoblje između dviju staničnih dioba. Faze interfaze: G1 – faza (eng. gap = rupa, prekid) sintetiza proteina i staničnih dijelova, volumen stanice se povećava. S – faza (eng. synthesis = sinteza, spajanje) udvostručenje DNA.

Kromosom Tjelešca koja se boje, histone protein chromosome DNA Tjelešca koja se boje, građen od dvostruke niti DNA molekule – kromoneme, DNA molekule namotane oko bjelančevina 8 histonskih molekula. Kromomere - jače obojena mjesta na kromosomu. Interfaza - despiraliziran u obliku kromatinskih zrnaca, u diobi stanice - vidljivi, spiralizirani kromosomi. Prokariotske stanice Nukleoid, gola, prstenasta molekula DNA (“bakteriokromosom”). Eukariotske stanice - kromosom u jezgri.

Kromosomi Dvije kromatide spojene na utanjenom, neobojenom mjestu – centromera, nastale udvostručavanjem (replikacijom) DNA molekule u S-fazi interfaze, prije ove faze bili su jednostruki. Kinetohore ili pričvrsnice - mjesta u području centromere na koja se vežu niti diobenog vretena, tijekom diobe kromosomi se rastavljaju na dvije kromatide koje odlaze u dvije novonastale stanice.

Kromosomi Tjelesne (somatske) stanice -broj kromosoma dvostruk, diploidan-2n održava se mitozom. Spolne stanice (gamete) -broj kromosoma polovičan, haploidan-n nastaje mejozom. Svaka vrsta ima točno određen i stalan broj kromosoma. Morfološka i kemijska individualnost: razlikuju se prema izgledu, obliku i veličini. 2n čovjeka = 46 2n vinske mušice = 4 2n čimpanza = 48 2n crveni luk = 16 2n domaća kokoš = 78 2n kvaščeve gljivice = 32 2n miš = 40 2n štakor = 42

Kromosomi GENOM haploidna garnitura kromosoma. KARIOTIP Homologni kromosomi dva ista kromosoma u jednom paru. Autosomi svi isti kromosomi, čovjek 22 para. Spolni kromosomi ili gonosomi tip XY (muški spolni par) i tip XX (ženski spolni par). Kromosomi GENOM haploidna garnitura kromosoma. KARIOTIP diploidna garnitura kromosoma čovjeka, svrstani u parove prema veličini, označeni brojevima od 1-23.

Human female karyotype 46 chromosomes 23 pairs

Human male karyotype 46 chromosomes 23 pairs

Geni - kromosomska teorija nasljeđivanja Nalaze se u kromosomima, poredani u nizu – linearno, locus gena točno određeno mjesto gena u kromosomu. Izvankromosomski geni u mitohondrijima i kloroplastima.

Mitoza Dioba nespolnih (tjelesnih) stanica, jedna stanica s 2n brojem kromosoma - nastaju dvije stanice kćeri s 2n brojem kromosoma. 4 faze: profaza metafaza anafaza telofaza mitoza

Mitoza u stanica crvenog luka (Allium cepa)

Mejoza-redukcijska ili zoridbena dioba Dioba tijekom koje nastaju spolne stanice – gamete ženska spolna stanica - jajna stanica muška spolna stanica - spermij

Mejoza Oogeneza mejoza u ženskom organizmu, nastaje jedna ženska spolna stanica - jajna stanica (jaje) i tri polocite koje propadaju, ženske spolne žlijezde - jajnici (ovariji). Spermatogeneza mejoza u muškom organizmu, nastaju 4 muške spolne stanice – spermiji, muške spolne žlijezde - sjemenici (testisi). Organizmi koji se spolno razmnožavaju započinju život u trenutku oplodnje.

Oplodnja Stapanje gameta - jajne stanice i spermija, gamete su haploidne stanice (n) imaju polovičan broj kromosoma nastaje oplođena jajna stanica ili zigota. ujedinjuje u sebi dvije skupine kromosoma, majčeve i očeve, diploidna stanica (2n) - dvostruki broj kromosoma. Mejoza miješanja genetičkog materijala, nastaju nove kombinacije gena, potomci se razlikuju od svojih roditelja, razlikuju se i međusobno.

Mejoza replikacija DNA Mejoza I odvaja homologne parove Meiosis 1 Mejoza I odvaja homologne parove Meiosis 2 Mejoza II odvaja sestrinske kromatide

Mejoza II mejotička dioba (ekvacijska-mitoza): profaza II, metafaza II, anafaza II, telofaza II I mejotička dioba (redukcijska): profaza I, metafaza I, anafaza I, telofaza I odvajanje homolognih parova kromosoma (2n  1n) “redukcijska dioba” razdvajanje sestrinskih kromatida (1n  1n) * kao mitoza * mejoza

Mitosis vs. Meiosis

Učinak mejoze i mitoze mejoza  fertilizacija  mitoza + razvitak gametes 46 23 46 23 46 46 46 46 46 23 meiosis 46 46 egg 46 46 23 zygote fertilization mitosis & development mitosis sperm

Značaj spolnog razmnožavanja Omogućava genetičku varijabilnost! Genetička rekombinacija za vrijeme mejoze. Nezavisno raspoređivanje kromosoma. Slučajno raspoređivanje homolognih kromosoma u Mejozi 1! crossing over slučajna fertilizacija Koji spermij će oploditi koje jaje? Razvoj evolucije Varijabilnost za prirodnu selekciju! Metafaza 1

Varijabilnost nastala genetičkom rekombinacijom Nezavisno raspoređivanje kromosoma. Gamete potomaka imaju različitu kombinaciju gena od roditelja. Slučajno raspoređivanje u ljudi osigurava 223 (8 388 608) različitih kombinacija gameta! offspring from Mom from Dad new gametes made by offspring

Varijacije nastale crossing overom Stvara kompletno nove kombinacije svojstava na svakom kromosomu! od 8 milijuna različitih gameta  “nemjerljivo”

Kategorije procesa starenja: STARENJE Gomilanje nasljednih mutacija do kritične razine. Gomilanje metaboličkih oštećenja, poremećaj metabolizma do smrti. Kategorije procesa starenja: promjena specifičnih organela, oštećenja na submikroskopskoj razini (više veza DNA i histona), gomilanje tvari u stanicama (keratin u epitelnim st. ili hemoglobin u eritrocitima), postmitotsko gomilanje pigmenata (stvaranje lipofuscina) u dugoživućim stanicama (neuroni, mišići, kosti), promjena u strukturi makromolekula iz topljivih u netopljivi oblik (kolagen).

APOPTOZA – programirana smrt Dnevna eliminacija 5x1011stanica krvi. Uklanjanje tijela ličinke tijekom metamorfoze. Živčani sustav kod sisavaca – stvara se 50% više neurona koji se u toku razvoja unište (ostaju oni s pravilnim vezama). Virusi mogu inducirati programiranu smrt. KASPAZA - egzekutor programirane smrt. Pojačana aktivnost lizosoma – samouništenje. Ekstracelularni matrix (hormoni – tiroksin).

APOPTOZA

MOLEKULSKA OSNOVA NASLJEĐIVANJA - DNA

Dvostruka zavojnica molekule DNA

Nukleotid molekule DNA nucleotide PO4 Osnovni građevni element molekule DNA: šećer deoksiriboza, dušična baza, fosfatna skupina. N base 5 CH2 O 4 1 ribose 3 2 OH

Dušične baze molekule DNA Purinske: adenin (A), gvanin (G). Pirimidinske: timin (T), citosin (C). Sparivanje A : T 2 vodikove veze C : G 3 vodikove veze

Kostur molekule DNA Povezivanje nukleotida 5 base Povezivanje nukleotida 3 stvara vezu s fosfatom koji se veže s 5 idućeg nukleotida DNA. CH2 5 O 4 1 C 3 2 O –O P O O base CH2 5 O 4 1 3 2 OH 3

Antiparalelni lanci Nukleotidi u DNA su povezani fosfatom i šećerom između 3 i 5 ugljika: DNA molekula ima određeni “smjer”, komplementarni lanci “idu” u suprotnom smjeru. 5 3 3 5

Povezivanje dvaju lanaca DNA vodikove veze 5 3 kovalentna fosfodiesterska veza 3 5

SEMIKONZERVATIVNA REPLIKACIJA DNA Lanci se razdvajaju, svaki lanac služi kao kalup za novu DNA molekulu, princip komplementarnog spajanja.

DNA polymerase III enzyme DNA polimeraze DNA polimeraza III gradi DNA 1000 baza/sec DNA polimeraza I Dodaje, popravlja i uklanja primere 20 baza/sec DNA polymerase III enzyme

DNA polimeraze DNA polimeraza I popravlja štetu cijelog života, čita DNA i ispravlja pogreške, popravak pogrešno sparenih baza, uklanjanje abnormalnih baza, popravlja štetu cijelog života, smanjuje pogreške od 1 na 10 000 NA 1 na 100 milijuna baza.

Replikacija DNA - Brzo i precizno! E. coli 5 milijuna parova baza u jednom kromosomu, < 1 sat za umnažanje, diobom nastaju 2 iste stanice kćeri. Ljudska stanica kopira svojih 6 bilijuna baza, dijeli se u stanice kćeri u svega nekoliko sati: izuzetno precizno, samo ~1 pogreška na 100 milijuna baza, ~ 30 pogrešaka u staničnom ciklusu.

Od gena do proteina

DNA RNA protein “Centralna Dogma” Put genetičke informacije u stanici transkripcija translacija DNA RNA protein replikacija

DNA RNA RNA – ribonukleinska kiselina šećer riboza nukleotidne baze uracil umjesto timina U : A C : G jedan lanac vrste RNA mRNA, tRNA, rRNA... transcription DNA RNA

Transkripcija Stvaranje mRNA transkribiran DNA lanac = lanac kalup netranskribiran DNA lanac = kodirajući lanac iste sekvence kao RNA sinteza komplementarnog RNA lanca transkripcijska petlja enzim RNA polimeraza Kodirajući lanac 3 A G C A T C G T 5 A G A A A G T C T T C T C A T A C G DNA T 3 C G T A A T 5 G G C A U C G U T 3 C unwinding G T A G C A rewinding mRNA RNA polymerase Lanac kalup build RNA 53 5

Transkripcija u Prokariota Bakterijski kromosom Transkripcija mRNA stanična membrana Stanična stijenka

Transkripcija u Eukariota Stvaranje RNA Translacija Protein

DNA mRNA protein Od gena do proteina transkripcija translacija aa transkripcija translacija DNA mRNA protein mRNA napušta jezgru kroz jezgrine pore ribosomi proteini sintetizirani na ribosomima koristeći informacije od mRNA jezgra citoplazma

Translacija Kodoni blokovi od 3 nukleotida dekodirani u sekvencu aminokiselina

Genski kod Genski kod isti za SVA živa bića! Kodon je redundant dokaz zajedničkog podrijetla svih živih bića Kodon je redundant nekoliko kodona za svaku aminokiselinu Startni kodon AUG metionin Stop kodoni UGA, UAA, UAG

DNA mRNA protein Od gena do proteina transkripcija translacija aa transkripcija translacija DNA mRNA protein ribosomi jezgra citoplazma

Struktura transfer RNA Struktura “skijaške čizme” antikodon na kraju “skijaške čizme” amino kiselina pričvršćena na 3 kraju

TACGCACATTTACGTACGCGG AUGCGUGUAAAUGCAUGCGCC Kako kodone prevesti u aminokiseline? 3 5 DNA TACGCACATTTACGTACGCGG 5 3 mRNA AUGCGUGUAAAUGCAUGCGCC kodon 3 5 tRNA UAC Met GCA Arg amino kiselina CAU Val anti-kodon

Ribosomi spajaju antikodon tRNA s kodonom mRNA Struktura organeli ili enzimi? Struktura ribosomalna RNA (rRNA) & proteini 2 podjedinice velika mala E P A

Stvaranje polipeptida 1 2 3 Inicijacija spajanje tRNA s mRNA i ribosomskim podjedinicama Elongacija dodavanje aminokiselina i rast polipetidnog lanca Terminacija stop kodon – zaustavlja se rast polipetidnog lanca Leu Val release factor Ser Met Met Met Met Leu Leu Leu Ala Trp tRNA C A G U A C U A C G A C A C G A C A 5' U 5' U A C G A C 5' A A A U G C U G U A U G C U G A U A U G C U G A A U 5' A A U mRNA A U G C U G 3' 3' 3' 3' A C C U G G U A A E P A 3'

Sumarno... RNA polymerase DNA amino acids tRNA pre-mRNA mature mRNA 3' exon intron tRNA pre-mRNA 5' cap mature mRNA aminoacyl tRNA synthetase polyA tail 3' large ribosomal subunit polypeptide 5' tRNA small ribosomal subunit E P A ribosome

HVALA NA PAŽNJI!