molekularna biologija i biotehnologija
TRANSCRIPT
![Page 1: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/1.jpg)
MOLEKULARNa BIOLOGIJa i
biotehnologija
2020/2021
izv. prof. dr. sc. Ivana Ivančić Baće
tel. 4606 - 273
![Page 2: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/2.jpg)
Plan nastave:
Kolegij se sastoji iz: predavanja i seminara (predavanja)
Pohađanje kolegija je obavezno
Nastava će biti kondenzirana – 2 sata predavanja + seminari iza proljetnog ispitnog roka (vjerojatno stalno online ovisno o epidemiološkoj situaciji)
Nakon predavanja piše se završni kolokvij
Ako je kolokvij >90% uz redovito pohađanje i izrađen seminar - nema ispita
![Page 3: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/3.jpg)
Kolokvij
50-60% - 1
61-70% - 2
71-80% - 3
81-90% - 4
91-100% - 5
Ukupna ocjena na ispitu sastoji se od:
1. Pismenog ispita ili kolokvija (60% ocjene)2. Seminara (10% ocjene)3. Redovnog pohađanja nastave (10% ocjene)4. Usmenog ispita (20%)
![Page 4: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/4.jpg)
Nešto o seminarima
• Na zadanu temu treba napraviti Power point prezentaciju u trajanju do 20tak minuta
• Temu možete izabrati sami ili u dogovoru s nastavnikom (znanstveni rad ili poglavlje iz udžbenika, nešto što ste čuli na vijestima pa želite proširiti)
![Page 5: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/5.jpg)
Predavanja:• 1. Protok genetičke informacije, genetički kod i dizajn
proteina,
• 2 i 3. Stanica kao model u istraživanjima, matične stanice, tkivno inženjerstvo
• 4 i 5. Osnovne metode molekularne biologije: PCR, RT-PCR, sekvenciranje
• 6 i 7. Osnovne metode molekularne biologije: kloniranje, uređivanje genoma, genska terapija mikročipovi, detekcija proteina (western-blot)
• 8 i 9. GMO organizmi (transgenične biljke i životinje) prednosti i rizici
• 10 i 11. Biotehnologija – od početnog supstrata do proizvoda – primjeri fermentacije, „zelene tehnologije”, proizvodnja biološki važnih molekula, proizvodnja cjepiva
![Page 6: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/6.jpg)
Literatura:
• Nelson, Cox & Lehninger - Principles of Biochemistry: 3rd ed. 2000, 7th ed. 2017
• Cooper & Hausman - Stanica – molekularni pristup, peto izdanje, 2010, Medicinaska naklada
• Lodish et al. - Molecular Cell Biology:, 6th ed. 2008, 8th ed. 2016, W.H. Freeman
• R. D. Schmidt & C. Schmidt-Dannert – Biotechnology, Wiley VCH 2016, Germany
![Page 7: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/7.jpg)
Nukleinske kiseline
• Informacijske molekule - sadrže genetičku uputu o građi organizma i djelovanju svih gena
• 2 tipa nukleinskih kiselina: – DNA (deoksiribonukleinska kiselina) –
pohrana svih podataka– RNA (ribonukleinska kiselina) – dolazi u
nekoliko oblika (mRNA, tRNA, rRNA)
• Molekule polimeri – sastoje se iz monomernih jedinica - NUKLEOTIDA
![Page 8: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/8.jpg)
Nukleinske kiseline su linearni polimeri (polinukleotidi)
Kraći polimeri se nazivaju oligonukleotidi (10 - 40 pb)
![Page 9: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/9.jpg)
1) Struktura molekule DNA
![Page 10: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/10.jpg)
riboza 2-deoksiriboza
Struktura nukleotida
1) Šećer (pentoza – 5 ugljikovih atoma)
![Page 11: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/11.jpg)
RNA
Struktura nukleotida2) Dušična baza
pirimidinH
purin
C U T
G A
Demetilacijom timinanastaje uracil!
Deaminacijom citozinanastaje uracil!
Može bitimetiliran CH3
![Page 12: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/12.jpg)
Šećer i dušična baza povezani su glikozidnom vezom
![Page 13: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/13.jpg)
Struktura nukleotida
2) Dušična baza 1) Deoksiriboza Deoksinukleozid
3) Fosfat
Deoksiadenozin (deoksinukleozid)
HO
Deoksiadenozin + Fosfat = Deoksiadenozin-5’-monofosfat
Deoksiadenozin + 2 Fosfata = Deoksiadenozin-5’-difosfat
Deoksiadenozin + 3 Fosfata = Deoksiadenozin-5’-trifosfat
Deoksinukleotid
Nosi negativan električni naboj!
![Page 14: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/14.jpg)
na 5’ kraju nedostaje nukleotid na 5’ poziciji(ima 5’ fosfat)
na 3’ kraju nedostaje nukleotid na 3’ poziciji(ima slobodnu 3’ OH)
![Page 15: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/15.jpg)
Kako su međusobno povezana dva lanca DNA?
VODIKOVIM VEZAMA
A T
G C
Vodikove veze uspostavljaju se između komplementarnih baza
![Page 16: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/16.jpg)
Antiparalelni lanci
Antiparalelni lanci se okreću jedan oko drugog tvorećiDVOSTRUKI HELIKS
![Page 17: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/17.jpg)
DNA lanci
• Antiparalelni lanci DNA nisu identični, već su
komplementarni
• To znači da su lanci tako smješteni da su komplementarne baze međusobno sparene
• Zato je moguće predvidjeti slijed nukleotida(sekvenca ili PRIMARNA STRUKTURA) jednog lanca znajući sekvencu njegovog komplementa (*dati primjere za vježbu)
![Page 18: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/18.jpg)
DNA i gen
• Dogovorom se sekvenca piše od 5’ prema 3’ kraju
• GEN: dio sekvence DNA koja nosi informaciju u obliku slijeda baza o građi proteina
• Prijenos ove informacije ide preko prepisivanja (transkripcije) u RNA koja se zatim prevodi (translatira) u protein
![Page 19: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/19.jpg)
RNA sadrži šećer ribozu i bazu uracil Obično je jednolančana, najvažnije su 3 RNA: mRNA, rRNA i tRNA
Struktura RNA
![Page 20: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/20.jpg)
Lanci RNA se mogu preklopiti i stvarati lokalne dvolančane regije, po konformaciji slične A obliku DNA
ukosnica
ispupčenje
petlja
Sekundarne strukture
Desna, jednolančana uzvojnica RNA
![Page 21: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/21.jpg)
Kako se gen eksprimira?
![Page 22: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/22.jpg)
Uloge proteina
• Strukturna uloga
• Pohrana amino kiselina
• Prijenos ostalih supstanci
• Koordinacija aktivnosti u stanici
• Odgovor na kemijski podražaj
• Kretanje
• Zaštita od bolesti
• Selektivno ubrzavanje kemijskih reakcija
![Page 23: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/23.jpg)
mRNA sadrži prijepis upute za redoslijed
aminokiselina u proteinu
Kodon = 3 mRNA baze = 1 amino kiselinaPrvi kodon u sekvenci definira OKVIR ČITANJA
![Page 24: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/24.jpg)
Karakteristike genetičkog koda
• Linearan
• “Riječ” u mRNA se sastoji od 3 slova (kodon ili triplet)
• Kod je nedvosmislen = svaki triplet određuje samo jednu aminokiselinu
• Kod je degeneriran (jednu aminokiselinu može određivati više kodona) – više različitih tRNA!
• Kod ima start i stop signale
• Kod je bez pauza - kodoni se čitaju jedan za drugim
![Page 25: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/25.jpg)
Okviri čitanja
64 kodona – 20 aminokiselina40tak tRNA kod E. coli61 kodon kodira za aminokiseline3 okvira čitanja za jednu sekvencu DNA
![Page 26: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/26.jpg)
GOSPODINE, OTKRILI SU GENETIČKI
KOD!
PROKLETI HAKERI! MORAM
PROMIJENITI ŠIFRU…
Kod je degeneriran - više kodona za jednu aminokiselinu!
Zadnja baza kodona može biti različita – KOLEBLJIVA baza
![Page 27: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/27.jpg)
• Kod je nepreklapajući - jednom kad započne translacija, svaki ribonukleotid unutar mRNA predstavlja dio samo jednog tripleta
• Kod je gotovo univerzalan – s malim razlikama kod je isti za viruse, bakterije, arheje i eukariote
• Međutim, različite vrste koriste različite kodone (pripadne tRNA) – to je važno kad se želi dobiti optimalna količina rekombinantnog proteina
• Neke tRNA su zastupljenije od drugih pa se optimiziranjem kodona poboljšava translacija i povećava prinos proteina
Karakteristike genetičkog koda
https://www.youtube.com/watch?v=LqHnO
n3Pk-w
![Page 28: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/28.jpg)
Dizajniranje proteina
• Modificiranje proteina - mijenjanje proteinske sekvence genetičkim metodama s ciljem dobivanja boljih verzija istog proteina – stabilnijeg na višim temperaturama, visokim pH, boljom topivošću…
• Mora biti poznat gen za određeni protein i poznata struktura proteina (rendgenska kristalografija)
• Dva su pristupa: ciljana mutageneza i usmjerena evolucija
![Page 29: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/29.jpg)
Ciljana mutageneza
• Metoda je na razini DNA
• Suština metode je:
• Klonirati gen od interesa u plazmid
• In vitro mutageneza kloniranog gena korištenjem oligonukleotida koji sadrže željenu mutaciju
• Uklanjanje nemutiranog plazmida
• Potvrda mutacije sekvenciranjem
• Ova metoda će biti jasnija kad prođemo kloniranje gena i sekvenciranje
![Page 30: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/30.jpg)
Usmjerena evolucija
• Za ovu metodu je dodijeljena Nobelova nagrada za kemiju za 2018.
• Klonirani gen staviti u bakteriju i pustiti da prirodno evoluira –nakuplja mutacije – pročistiti proteine i selektirati one koji su najbolji za određeni „zadatak“ – ponoviti selekciju u više ciklusa
Frances Arnold George P. Smith Gregory P. Winter https://www.sciencenewsforstudents.org/article/three-take-home-chemistry-nobel-harnessing-protein-evolution
![Page 31: MOLEKULARNa BIOLOGIJa i biotehnologija](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012507/6183bb57c82d916332508c1f/html5/thumbnails/31.jpg)
Moderniji pristup- računalni dizajn proteina
• Dizajnirati nove proteine na temelju znanja strukture poznatih proteina pretraživanjem odnosa sekvence –structure
• Podaci se uzimaju iz Protein Data Bank (PDB)
• Metoda ima ograničenja zbog netočnosti prilikom modeliranja, ali metoda će se vremenom usavršavati
• TERM = tertiary motifs
Jianfu Zhou et al. PNAS 2020;117:2:1059-1068