Humani genom sestavljajo enote, ki jih imenujemo GENI.

Gen v prokariontski  celici definiramo kot regijo DNA, ki kodira določeno RNA oziroma protein.

Mnogi virusi (virus otroške paralize, virus AIDSA …) imajo genom, ki vsebuje enoverižno  RNA in nimajo DNA. Genetska informacija virusa lahko ostane shranjena v celici gostitelja v mirujočem stanju tudi nekaj let, dokler se zaradi stresnih vplivov virus ne začne podvojevati in nastane infekcija.

Gene evkariontske celice tvori DNA. Leta 1977 so ugotovili, da so kodirajoče regije genov pogosto prekinjene z nekodirajočimi regijami. Kodirajoče regije genov so EKSONI, nekodirajoče pa INTRONI. Povprečni ekson vsebuje 120 – 150 nukleotidnih baz, kodira lahko od 40 do 50 aminokislin v proteinu.

Introni vsebujejo 50 do 20000 nukleotidnih baz. To so odvečni deli DNA. Prokarionti nimajo intronov, tudi nižje razviti evkarionti (kvasovke) imajo redko introne, medtem ko so ti značilni za vretenčarje v visokem deležu.

Povprečna pogostnost napak pri  podvojevanju DNA je manj kot eden napačno vgrajen nukleotid na milijardo dodanih nukleotidov (1:10⁹). S takšno pogostnostjo napak pri kodiranju proteinov lahko živimo.

Napake pri teh redkih dogodkih so:

• Vgradi se napačen nukleotid.
• Nukleotid se ne vgradi.
• Vgradi se dodaten nukleotid.

Spremembe te vrste imenujemo MUTACIJE. Mutacije v celici se prenašajo na naslednje generacije.

Če do mutacije pride na eksonu, se tvori protein, ki ima spremenjeno aminokislinsko zaporedje in protein ne opravlja svoje funkcije.

Če do mutacije pride na intronu, govorimo o TIHI MUTACIJI, ki ima za posledico tvorbo abnormalnega proteina.

Primer MUTACIJE na eksonu je ANEMIJA SRPASTIH CELIC. Zanjo so značilne spremembe v zgradbi hemoglobina, ki ni več funkcionalen. V periferni krvi se pojavijo srpasti eritrociti, ker je okvarjena Hb – molekula, ta ne veže več kisika, v krvi pa prevladujejo koncentracije Hb, ki so manjše od 80g/L.

Genomska DNA je v jedru celice spravljena v funkcionalne enote, ki jih imenujemo KROMOSOMI. V človeških celicah je 46 kromosomov. Celotna dolžina DNA v humani celici je nad 2m, pri čemer ima jedro samo 5mm premera, zato mora biti DNA v jedru spakirana zelo racionalno, ker je premer jedra tako majhen.

Nukleoproteinski kompleks v jedru evkariontskih celic se imenuje KROMATIN. Sestavljen je iz DNA, HISTONOV in nehistonskih proteinov. Histoni so družina majhnih proteinov, ki vsebujejo veliko arginina in lizina. Histone tvori 8 beljakovinskih molekul. Z DNA so tesno povezani v komplekse, ki jih imenujemo NUKLEOSOMI. Pri človeku ima vsak kromosom okrog 1 milijon nukleosomov.

Kromosom tvorijo:

• dve kromatidi (DNA v obliki rozet)
• nukleosomi s histonsko sredico

Genom prokariontske celice sestavlja okrog 4000 genov, medtem ko je pri človeku genom sestavljen iz 30000 genov.

Poznavanje strukture genov je pomembno. Z metodo PCR lahko odkrivamo DNA bakterij in virusov. PCR je metoda pomnoževanja točno določenega dela DNA in dokazovanje tega produkta, ki je lahko delček DNA bakterije ali virusa. S PCR najbolj natančno določimo povzročitelje infekcij.

KROMOSOMI IN GENSKA REGULACIJA

• KROMOSOMI – genomska DNA in beljakovine
• HUMANA CELICA – 46 kromosomov
• DNA – 2 m, jedro 5 µm
• KROMATIN – nukleoproteinski kompleks histonski in nehistonski proteini
• HISTONI – družina proteinov (lizin, arginin)
• NUKLEOSOMI – DNA + histoni stabilizacija z ionskimi vezmi 1 kromosom ~ 1milijon

nukleosomov

• Sn RNP – mali jederni ribonukleoproteinski delci sestavljeni iz malih jedernih RNA

zorenje mRNA

ZORENJE  mRNA

• Kodirajoče regije genov so EKSONI.
• Nekodirajoče regije genov so INTRONI.
• Izrezovanje intronov

katalitično

avtokatalitično

samoizrezovalno

• RIBOCIMI – molekule katalitične RNA
• Pri zorenju RNA so pomembne reakcije pokrivanja.

NUKLEOTIDNO  ZAPOREDJE  DNA

Določanje nukl. zaporedja DNA omogočajo cepitve DNA na fragmente:

1. encimska cepitev
2. elektroforeza fragmentov

REKOMBINACIJA  DNA

• Inženirske spremembe DNA in lastnosti organizmov

vektorji

plazmidi

kloniranje

transformacije

verižne reakcije s polimerazo

• rekombinacija DNA = molekulsko kloniranje

POMEN  REKOMBINACIJE

• za proizvodnjo hormonov

(insulin, somatotropin, TAP, goveji rastni hormon)

• stopnje v pripravi rekombinantne DNA

izolacija DNA – vektor

rezanje deoksiribonukleotidnih verig vektorja

vnos hibridne DNA v gostiteljski organizem

• encimi: restrikcijske endonukleoze, DNA ligaze

PLAZMIDI

• so zunajkromosomske molekule DNA

dvoverižna DNA, 3000 – 30 000 bp

• bakterijski plazmidi

sprejmejo vključke tuje DNA (15 000 bp)

imajo le eno cepitveno mesto za REN

REKOMBINACIJA   DNA

DNA za vstavljanje v vektor:

kemična sinteza

encimska cepitev DNA

reverzna transkripcija mRNA

VERIŽNA  REAKCIJA  S  POLIMERAZO

• pomnoževanje odsekov DNA
• potrebujemo: začetne nukleotide

termostabilno polimerazo

vse 4 deoksiribonukleotid trifosfate

• izvajanje : denaturacija

ohladitev

sinteza DNA