Sta su genetska istrazivanja?
Uvod
Prvo cemo se pozabaviti osnovima genetike da bismo razumjeli genetska istrazivanja.
Svaka jedinka homo sapiensa ili modernog (razumnog) covjeka se sastoji od milijardi celija koje predstavljaju osnovnu jedinicu covjekovog organizma pa i svakog visecelijskog organizma.
Svaka eukariotska celija se sastoji iz celijske membrane koja okruzuje celiju i daje joj oblik, citoplazme koja ispunjava celijsku membranu i u kojoj se nalaze celijske organele (organi jedne celije) kao sto su: goldzijev aparat, mitohondrije, jedro, endoplazmaticni retikulum, robosomi, lizosomi, peroksizomi i mitohondrije.
Radi boljeg shvatanja sadrzine ovog sajta koji ce uglavnom baviti genetikom i djelom istorijom vazno je da se upoznamo sa funkcijama i gradjom same celije i njenih organela. Na ovaj nacin cemo lakse da razumemo procese koji se ticu genetskih istrazivanja.
Goldzijev aparat je celijska organela koja se sastoji od spljostenih diskoidnih cisterni. Obicno se nalazi u blizini jedra i smatra se da ima ulogu u upravljanju kretanja molekula u celiji.
Lozosomi su membranozne kesice koje sadrze veliki broj hidroliticnih enzima i sluze za varenje u celiji.
Peroksizomi su organele zaduzene za bitne procese oksidacije masnih kiselina i aminokiselina(osnovne jedinice proteina).
Mitohondrije su vrlo slozene gradje sastoje se od spoljasnje i unutrasnje membrane, a osnovna uloga im je stvaranje energije sintezom ATP(adenozin tri fosfata).Ukratko one su zaduzene za sintezu(stvaranje) kiseonika (O2).
Endoplazmaticni retikulum se proteze od jedra do povrsine celije.Ako sadrzi ribosome onda se naziva hrapavi, a ako ne sadrzi naziva se glatki endoplazmaticni retikulum. Njiegova uloga je stvaranje lipida(masti), slozenih secera i najbitnija uloga stvaranje proteina.
Jedro predstavlja centar svake eukariotske celije njegov sadrzaj se naziva nukleoplazma. Njegova osnovna uloga je proizvodnja(sinteza)RNK i DNK. U toj nuklepolazmi se nalaze hromosomi odnosno hromosomska DNK. U jedru se zapocinje deoba celije i u vecini slucajeva nalazi se u centru celije.
Treba napomenuti da se celije u zavisnosti da li sadrze jedro ili ne odnosno da li su slozenije gradje ili ne dele na eukariotske (one imaju jedro) i prokariotske (one nemaju jedro). Postoje takodje i razlike u slozenosti, s tim da su eukariotske celije slozene sturkture, a prokatiotske celije prostije ali se smatra da su pretece eukariotskih celija.
DNK
DNK predstavlja skracenicu od deoksiribonukleinska kiselina, ona je odgovorna za prenosenje genetskog materijala. Postoje dve vrste DNK jedna se nalazi u jedru i prenosi genetski materijal sa oca na potomstvo, a druga DNK se nalazi u mitohondrijama i prenosi se iskljucivo preko majke jer je spermatozoidi ne sadrze. Pored naslednog materijala DNK postoji jos i RNK.RNKje skracenica za ribonukleinsku kiselinu, a razlikuje se od DNK po tome sto sadrzi secer ribozu, a DNK deoksiribozu (prema tome radi se o istom seceru samo sto kod DNK taj secer riboza NEMA atom kiseonika u polozaju 2 strukturnog rasporeda atoma).DNK se kao i RNK se sastoji od 4 osnovne purinsko pirimidinske baze, takodje sto se tice purinsko pirimidinskih baza one su iste i kod DNKi RNK s tim sto kod RNK imamo umjesto T-timina, U -uracil. Razlika je takodje prisutna u strukturni RNK lanac je jednostruk i nije isprepleten kao DNK lanac.
Sastav DNK se sastoji od purinsko pirimidinskih organskih (organskih zato sto sadrze ugljenik) baza koje nose imena:
A-adenin
C-citozin
G-guanin
T-timin
Da bismo bolje objasnili sturkturu DNK moramo pomenuti fosfate za koje se vezuju seceri gradeci lanac na kojem se nalaze ove purinsko pirimidinske baze nalaze.
RNK sastav:
A-adenin
C-citozin
G-guanin
U-uracil (umjesto Timina)
Ove purinsko pirimidinske baze se u genetici obiljezavaju svojim velikim pocetnim slovima kod DNK sa A, T, G, C i kod RNK sa A, C, G, U (umjesto T).
Hromosomi
Gradja hromozoma je vrlo slozena pa je ovde necemo detaljno obradjivati, a i ne verujem da bi vecina vas uopste i razumela .
Hromosomi se sastoje od spiralno isprepletanih lanaca DNK, delovi hromosoma koji nose nasledne osobine se nazivaju GENI, a mesto na hromosomu gde se nalaze geni se naziva lokus! Hromosomi se nalaze u jedru, sastoje od krakova koji se nazivaju telomere, suzenog dela gde se ti krakovi spajaju, koji se naziva centromera.
Da bi smo slikovito objasnili hromosome zamislite DNK kao biblioteku punu knjiga e sad zamislite da se u toj biblioteci nalazi puno polica za drzanje tih knjiga , te police mozemo uporediti sa hromosomima, a same pojedinacne knjige sa genima.
Postoje dva tipa hromosoma X i Y. Oba su dobila ime po slovima na koja lice sto se iz prilozenog moze vidjeti.
Ljudi sadrze 23 para ovih hromosoma znaci 46 ukupno. Od kojih zadnji par odredjuje POL ploda. Dakle ako plod ima zadnji par hromosoma XX u pitanju ce biti zenska osoba sa svim sekundarnim karakteristikama zenskog pola. S druge strane ako plod ima XY kao zadnji par hromosoma u pitanju ce biti muski pol sa svim svojim osobinama koje znamo, da ih ne navodim(objasnicemo u podnaslovu “spermogeneza” kako dolazi do oplodnje spermatozoidom koji sadrzi X ili Y hromosom). Skup hromosoma u jednoj celiji se naziva kariotip, a skup hromosoma u celom organizmu kariogram. Hromosomi mogu biti haploidni tj. pojedinacni i diplodini tj. u paru. Kod svih slozenijih organizama i coveka u somatskim(tjelesnim) celijama su prisutni diploidni(u paru) hromosomi, a kod reproduktivnih celija(spermatozoidi i jajne celije) prisutni su haploidni hromosomi.
X hromosom je mnogo veci od svog Y para i smatra se da pri preklapanju ova dva hromosoma izmenjuju svoje sekvence(mesaju se) u procentu od 10-15% procenata. Ali sami Y hromosomi nikad ne mogu da se mesaju sa Y hromosomom druge osobe jer nemogu da se u isto vreme nadju u organizmu tako da oni ostaju cvrsti i bez uticaja vise miliona godina, ali to se odnosi na samo jezgro odnosno 85-90% “muskih gena na Y hromosomu” takodje naucnici smatraju da skoro ceo(85-90%) Y hromosom nema repeticije odnosno ponavljanja koja su odlika X hromosoma. Dok je kod zenskih osoba tj. X hromosoma taj slucaj drugaciji jer svaka zena u principu moze da ima X hromosome od dve razlicite bioloske majke, i tada nastupa njihovo intenzivno mesanje. Sa muskim Y hromosomima to nije slucaj jer se nikada kao sto smo vec napomenuli ne moze naci Y hromosomi od dva razlicita pretka u istoj celiji prosto iz razloga da budem banalan sto muskarci ne mogu da radjaju decu!
Dakle rekapitulirajmo ono do sada nauceno.Osnovna gradja ljudkog bica je celija ona se sastoji iz organela,citoplazme gde se organele nalaze, membrane i jedra u jedru se nalaze hromosomi koji se sastoje iz isprepletanih lanca DNK. Sama DNK se sastoji iz secera deoksiriboze fosfornih jedinjenja i baza od kojih je izradjena, a one odredjuju kakve ce od nas ko imati osobine.
Ovde dolazimo do sustine, da bi izvrsili genetsku analizu moramo ovaj lanac DNK podeliti tj. razbiti na vise delova. To se cini enzimima koji imaju takvu specificnu ulogu. Oni razbijaju lanac DNK na cak do 1 000 000 parcica koje se nazivaju SEKVENCE DNK. Ispitivanjem sekvenci dakle delova DNK i to posebno odredjenih mozemo utvrditi tip ponavljanja razlicitih kodona. A kodoni predstavljaju parove ovih baza od kojih je izgradjena DNK naprimer CGTAGGTAACT je kodon kod kojeg mozemo primetiti da se u ovoj specificnoj sekvenci DNK nalazi CITOZIN, GUANIN, TIMIN i ADENIN u odredjenom rasporedu koji je fiksan i takav raspored kod razlicitih rasa na primer moze odrediti boju koze koju imate i slicno. Ovaj teorijski primer kodona je deo samo jednog lanca DNK dok bi se na drugom lancu nasle one baze koje se specificno vezuju za gore pomenute i to Citozin za Guanin i Adenin za Timin:
Uloga DNK
Glavna uloga DNK se svodi na prenos genetskog materijala, zapravo sve u nasem tjelu se svodi na DNK da nije nje ni mi ne bi postojali. DNK u svojim sekvencama krije formule za proizvodnju proteina, za svoje umnozavanje i proizvodnju RNK. I osnovna uloga je proizvodnja same sebe u procesu koji se naziva replikacija. To je glavna uloga svakog zivog bica od celije do coveka. DNK zapocenje svoju deobu ili umnozavanje kada stvara sebe samu nanovo, taj proces pocinje raskidanjem molekulskih veza izmedju njenih baza koje smo naveli(timin,adenin,citozin,guanin) tada se u specijalnim biomolekulskim procesima koji su jako komplikovani lanci DNK nanovo vezuju sa novi nukleinskim kiselinama i stvaraju svoje nove kopije. Posto se nukleinske kiseline spajaju samo po odredjenom rasporedu odnosni ADENIN samo sa TIMINOM i CITOZIN samo sa GUANINOM to je uslovljeno njihovim slicnim molekulskim strukturama. Prilikom nastajanja novog DNK lanca on zadrzava isti molekulski raspored kao i majka DNK odnosno DNK od koje su nastali:
Spermogeneza
Stvaranje spermatozoida kao naslednog potencijala se vrsi u testisima i to odvajanjem hromosoma na X i Y zasebno, za svaki spermatozoid. Sto bukvalno znaci da u spermatozoidu imate ili X ili Y hromosom pa zavisno od toga koji spermatozoid prvi stigne do jajne celije plod ce biti musko ili zensko bice! Sljedeci procesi koje cemo opisati su u stvari sustina predhodnog pisanja u ovom uvodu. Prilikom oplodjenja jajne celije na primer spermatozoidom koji sadrzi Y hromosom dobijamo plod koji cemo moci kasnije da identifikujemo genetskim istrazivanjima upravo tim jedinstvenim hromosomom odnosno njegovim delom ili GEN-om. Ovo je omogucilo da se danas moze sa skoro 100% sigurnoscu utvrditi da li je odredjena osoba otac deteta ili ne jer je genetski kod za svakog coveka ponaosob jedinstven kao otisak prsta i jos precizniji!
Novonastali plod u sebi ima novi par hromosoma jedan od oca i jedan od majke. Pretpostavimo da plod koji mi opisujemo ima od oca Y hromosom taj plod ce biti muskog pola i od majke ce naslediti preko jajne celije i njene mitohondrijske DNK, X hromosom! Sada genetskim istrazivanjima mozemo utvrditi i direktnog zenskog roditelja pomenutog ploda preko ove mitohondrijske DNK ili skraceno mtDNK, koja se nasledjuje SAMO i iskljucivo preko jajne celije majke jer ga spermatozoid ne sadrzi tako se ova mtDNK moze se prenosti sa generacije na generaciju! Treba reci da majcine gene na X hromosomu mogu prenositi i njihovi muski potomci jer ga sadrze(ali ne sadze mtDNK), pa je tako cest slucaj da cerke vise lice na oca(jer je on na njih preneo gene svoje majke), a sinovi vise lice na svoje majke jer sadrze vecinu njihovih gena sto smo vec objasnili u procentima ranije u uvodu.
Sada plod nastao spajanjem jajne celije i spermatozoida i njihovim “ujedinjenjem” ima 23 nova para hromosoma koja su stvorena u jajnoj celiji procesom koji moze da traje od 16 do 20 sati od ulaska spermatozoida u jajnu celiju tada se ovi haploidni polni hromosomi umnozavaju stvarajuci diploidnu celiju koja se zove zigot i od koje nastaje embrion. Od ovih novih (odnosno samo umnozenih starih) hromosoma 22 predstavljaju XX par hromosoma i kod zenskog i kod muskog pola, dok se na osnovu zadnjeg para odredjuje pol deteta ili ploda. Kod muskaraca ovaj zadnji par je XY, a kod zena XX.
Muski kariogram
Zenski kariogram
Nadam se da smo na osnovu dosadasnjih objasnjenja uspjeli jednom djelu Vas koji ovo citate da objasnimo kako nastaju DNK, hromosomi i novi zivot. Sada trebamo objasniti zasto je za nas bitno ovo o cemu smo do sada raspravljali.
Pa posto smo vec rekli koliko je znacajan Y i X hromosom za genetska istrazivanja, recimo i jednu prostu cinjenicu posto se od 23 para hromosoma, 22 para plus jedan direktno nasledjuje od majke mozete i sami predpostaviti da je uloga ocevih gena u samom izgledu i fizickim osobinama ploda veoma mali, a kod zenskog pola taj uticaj i ne postoji to jest izrazeno u procentima ocevi geni u tjelu i muskog djeteta se svode na oko 2.2 %, a ostalo su majcine osobine dok kod zenskog on nema uopste svoje “muske gene” izrazene preko Y hromosoma!
Mnogi od vas ce se pitati pa kakvu to ulogu uopste imaju muskarci jer vec smo rekli da je Y hromosom skoro kompletno “neaktivan”(mada po najnovijim istrazivanjima koja su objavljena to nije tako ali se do sada smatralo da jeste) sto ce reci nema nekih zadataka koji se ticu sinteze proteina koji su odgovorni za gradju misica itd. Medjutim prema poslednjim istrazivanjima Y hromosoma pronadjeno je da on ima i te kako veliku ulogu koja se tice pre svega muskog pola. Neki ljudi znaju i da zloupotrebe nedovoljnu razvijenost genetike kao specificne nauke medju njima je svakako Brajan Sajks (profesor humane genetike na oksfordskom Institutu za molekularnu medicinu) koji smatra da je Y hromosom “greska” evolucije i da ce za 200 000 godina nestati i da ce zemljom hodati samo zene. Sto je blago receno stupiditet ako uzmemo u obzir da ogroman broj ne samo sisara vec i svih drugih visecelijskih organizama ima muski i zenski par. Medjutim ne lezi vraze profesor Sajks je otkrio svoj identitet jednog obicnog avanturiste tvrdeci da je na tragu cuvenom jetiju mitskom bicu za koga se smatra da zivi u polarnim krajevima, to svoje otkrice zasniva na pronalasku samo jedne vlasi koja po njegovim istrazivanjima ne odgovara nijiednoj drugoj vrsti na zemlji!?! Eto kao sto vidite ni Oksford vise nije mjesto gde se obrazuje intelektualna elita vec koliko se meni cini samo mjesto za senzacionalisticke avanturiste koji svuda trce sa svojim bombasticnim izjavama, a posle ih se stide. Zalosno ali isinito.........
Nastavimo zapocetu pricu o funkciji Y hromosoma dakle po novijim istrazivanjima objavljenim u razlicitim naucnim casopisima smatra se da Y hromosom nije odgovoran samo sa sekundarne muske karakteristike(polni organi i slicno) vec da 78 gena u hromosomu ima ulogu u stvaranju posebnih proteinskih struktura u celijskim zivdoima! Zasto je ovo bitno? Iz jednostavnog razloga jer se ti geni nalaze na mjestima za koja se ranije smrtralo da su neaktivni! Vidite ja sam gore na par mestima napisao da se smatra da su Y hromosomu uglavnom neaktivni, i tu konstataciju cete naci u vecini knjiga koja se bave genetikom. Medjutim morate usvojiti i ova NAJNOVIJA otkrica i saznanja koja se bave genima i koja kazu da muskarci zapravo imaju svoje specificne proteine mada se jos nezna koje jos sve osobine kod muskog pola zavise od ovih gena jer je ispitano jedan prakticno vrlo mali deo Y hromosoma i njegovih gena, a istrazivaci se trude da zapoceto nastave tako da ce se narednih godina sigurno znati koliko osobina proistice iz ovog hromosoma! Nauka zato i postoji da bi se unapredjivala i menjala !
Posto nas ovde posebno zanima Y hromosom treba reci da on ima svoje tvrdo jezgro koje se ne menja i ne mesa sa mnogo vecim X hromosomom pa s toga treba znati da su geni odgovorni za muski pol uglavnom genetski cisti i da ih je nemoguce izmesati sa “zenskim” jer 90% takvog gena ima svoj stalan i nepromenjen sastav! Vi se sigurno pitate kako onda odrzava svoju stabilnost i funkciju jer nema s kim da izmeni svoje DNK lance potrebne za stvaranje i sintezu hromosoma? Odgovor je jednostavan on to cini sa X hromosomom u onih 10% svojeg potencijala gena, a sto se ostalog dela tice on to cini prepletanjem SOPSTVENIH telomera ili kraka hromosoma pa na ovaj nacin on sam sebe popravlja i odrzava funkcionalnost!
Kod X hromosoma je situacija mnogo drugacija jer se oni mesaju i preuzimaju citave segmente jedni od drugih, ovo doprinosi mesanju genetskog materijala kod zena i izmedju rasa ali samo u pogledu tih “zenskih” gena, medjutim posto takvih u organizmu svakog coveka ima oko 97%, izgled prvenstveno zavisi od njih!
Ovde je opisan proces segmentacije hromosoma i razmena gena medju X hromosomima(mjesanje). Dakle ovde imamo pretecu spermatozoida i jajne celije(1.), dalje, hromosomi se duplikuju(2.) i razmena segmenata pocinje(3.), proces razmene segmenata se naziva rekombinacija hromosoma, posle ovog procesa(4.) se razdvajaju u zasebne celije; kod muskaraca u spermatozoide, a kod zena u jajne celije(5.)
Smatra da je uloga samog muskog pola u toj takozvanoj evolutivnj lestvici. Jer preplitanje i mesanje hromosoma u okviru jedne rase dovodi do boljeg funkcionisanja gena i njihovo unaprdjenje, a to je jedino moguce sa muskarcima koji prenose genetski materijal ne samo svoj Y hromosom vec i “zenski” X hromosom. Misljenje je dole potpisanih autora da napredak i evoluciju u genima moze dovesti samo intenzivno mesanje u okviru jedne rase, a ne mesanjem izmedju rasa sto bi bukvalno dovelo ne do napredka vec stagnacije i nazadovanja.
Ovo se navodi iz prostog razloga jer je veliki broj oboljenja u modernom svetu uslovljen mesanjem izmedju rasa sto su otkrili britanski naucnici. Objasnjenje ovakve pojave je jednostavno jer jedna rasa se puno razlikuje od druge pa kad dodje do mesanja u pogledu tih “zenskih” X hromosoma ostaju “rupe” u tim proteinskim zidovima celija sto na globalnom planu citavog organizma dovodi do njegove slabosti usled nekompatibilnosti tih proteina. Na taj nacin samo telo je oslabljeno ne samo u imunom pogledu vec i u pogledu fizicke konstitucije i takva osoba nikada nece moci da postigne vrhunske rezultate,a o intelektulanoj inferiornosti istih ne treba trositi reci!
STRUKTURA I MODEL MOLEKULE RNA
Struktura RNA molekula (ribonucleic acid) bolje je postala poznata 1962, jer se do tada nisu mogli dobiti čisti kristali od RNA.Ribonukleinske kiseline su sastavljene kao i dezoksiribonukleinske kiseline od niza karika (monomera), koje se nazivaju nukleotidi.Svaki nukleotid ribonukleinske kiseline je građen od tri komponente: 1) fosfatne grupe – tj. ostatak fosforne kiseline, 2) pentoze (petougljičnog šećera koji se naziva D-riboza), 3) azotne heterociklične baze (purinske: adenin i gvanin, i pirimidinske: citozin i uracil).Komplementarne baze u RNA su adenin-uracil i gvanin-citozin.RNA je obilno rasprostranjena u citoplazmi, ribozomima, jedarcetu, jedrovom soku, mitohondrijama, hloroplastima, a ulazi i u sastav hromozoma.Molekuli RNA su znatno manji od molekula DNA i za razliku od njih imaju jednolančanu strukturu.Podaci dobiveni različitim metodama ukazuju da se u molekulu RNA nalaze izvjesni regioni spiralne dvovrpčaste strukture, ali ti regioni ne postaju kombinacijom dvije posebne vrpce, nego lokalnim uvijanjem jedne iste vrpce oko same sebe.Približno 50-80% sačinjavaju takvi lokalni regioni u jednome molekulu RNA.Ribonukleinska kiselina se mnogo više nalazi u metabolički aktivnim ćelijama i naročito u ćelijama, u kojima su procesi sinteze proteina aktivniji.U jedru tumoralnih ćelija ima mnogo više RNA nego u jedru normalnih ćelija.Ribosomi se mogu disocirati na oko 55 proteina i tri molekule RNA.Postoji više vrta RNA koje se međusobno razlikuju i imaju različite funkcije:
Viralna (virusna) RNA je jednovrpčasta i nalazi se zatvorena u ovojnici od proteinskih podjedinica.Postoji velik broj ribovirusa tj. virusa koji posjeduju ribonukleinsku kiselinu gdje RNA čini genetski materijal i zamjenjuje DNA u funkciji primarnog nosioca nasljedne informacije.Viralna RNA se nalazi rasprostranjena kod biljnih, životinjskih i bakterijalnih ribovirusa.
Ribosomska RNA (rRNA) sačinjava oko 50-85% od ukupne količine ćelijske RNA.Tako npr. kod E. coli ribosomi sadrže oko 60% proteina i 40% ribosomske RNA.Iako je jednovrpčasta, rRNA može pokazivati spiralnost (slično dvojnom heliksu), koja nastaje lokalnim uvijanjem vrpce oko same sebe.Iako je uloga rRNA još uvijek nedovoljno poznata, smatra se da ona veže informacionu i transportnu RNA za ribosome i tako posreduje u ostvarivanju njihovih funkcija.Struktura rRNA je slična strukturi tRNA po komplementarnosti baza.
Informaciona, glasnička, messenger (mRNA) je osobito važna, jer ona nosi genetsku informaciju primljenu od DNA, zbog toga se kaže da je mRNA vjerni prepis jedarne DNA.Poruka koju nosi mRNA šifra je za redosljed aminokiselina u bjelančevinama, koje ćelija sintetizira.Informaciona RNA dospjela u citoplazmu nalazi pojedinačne ribosome i donosi im poruku (šifru), i na ovaj način nastaju polisomi.U polisomu pojedinačne ribosome međusobno povezuje lanac mRNA.Informaciona RNA je jednovrpčaste strukture, ali ima izvjestan broj segmenata sličnih dvojnom heliksu, nastalih od iste jednovrpčaste strukture posuvraćanjem i uvijanjem oko same sebe.Količina mRNA je neznatna, jer ona, za razliku od drugih tipova RNA, brzo degradira.
Transportna, prijenosnička, rastvorljiva (soluble) RNA (tRNA) je od svih tipova RNA najbolje poznata, a struktura RNA molekula je najprije objašnjena kod nje.Oko 10-15% od ukupne količine RNA u ćeliji sačinjava tRNA.Osnovna uloga transportne RNA je doprema gradivnih elemenata (aminokiselina) za bjelančevine na mjesto njihove sinteze, tj. do polisoma.Molekuli tRNA su kraći, sa manjim brojem nukleotida (oko 80), a svaki od njih ima dva posebno značajna aktivna mjesta.Jedno od njih prepoznaje i za sebe veže određenu aminokiselinu, a drugo je odgovarajući triplet, koji, na osnovu komplementarnosti, prepoznaje svoje mjesto u nizu tripleta mRNA.Određeni tip molekula tRNA uvijek prenosi istu – njemu prepoznatljivu aminokiselinu, tj, određenu aminokiselinu mogu transportirati samo za nju "zaduženi" (specifični) tripleti tRNA.Transportna RNA je jednovrpčaste strukture, a u izvjesnim uslovima znatan dio molekula može imati izgled dvojnog heliksa nastalog uvijanjem jedne vrpce oko same sebe.
Sinteza RNK
Primarna (osnovna) matrica za sintezu svih vrsta RNK je DNK, ili intaktni dvojni heliks ili odvojene vrpce DNK.Sinteza RNK je slicna sintezi DNK, mada je slozeniji proces.Enzim koji ucestvuje u sintezi RNK naziva se RNK-polimeraza.Pored enzima RNK-polimeraze za sintezu RNK potrebni su još i ribonukleotidni trifosfati koji nastaju na isti nacin kao i deoksiribonukleotidi, zatim joni Mg++ i fragment DNK kao matrica.Enzim koji katalizuje (pospješuje) tu reakciju dobijen je iz jedra celija jetre, iz cega se da zakljuciti da se sinteza RNK dešava u jedru.Ta reakcija se dešava i u drugim organelama celije u kojima se nalazi DNK, kao što su mitohondrije, hloroplasti.Opisani nacin sinteze RNK odnosi se na iRNK.Na slican nacin se sintetiše i ribosomska RNK (ona se sintetiše od jedarcevog organizatora u specificnim regionima DNK) i smatra se da ona veze iRNK i tRNK za ribosome i tako posreduje u ostvarivanju njihovih funkcija.Transportna RNK se karakteristiše prisustvom metilovanih i drugih neobicnih baza, kojih nema u drugim nukleinskim kiselinama.Pojava tih baza se dešava poslje sinteze tRNK dejstvom specificnih RNK- metilaza.Kako enzim raspoznaje koja od baza i na kome mjestu treba da bude metilovana, to do danas nije jasno.Regioni koji sadrze metilovane baze ne mogu imati izgled dvojnovrpcast, jer one sprecavaju sparivanje baza H-vezama.Te neobicne baze se izgleda obrazuju polje sinteze tRNK, pošto je vec sekvenca baza odredena.Jedan kraj lanca završava se tripletom baza C-C-A (terminalna grupa, gdje lanac nije dvojnovrpcast), a drugi kraj se završava sa guaninom G (ovdje je lanac dvovrpcast).U viših organizama su metilaze, izgleda, u najvecoj koncentraciji u jedarcu, što ukazuje na mogucnost da tRNK isto kao i ribosomska RNK postaje u jedarcu ili u njegovoj blizini.Kada se govori o ribosomskoj RNK cija je uloga još uvijek nedovoljno poznata, smatra se da ona veze informacionu i transportnu RNK za ribosome i tako posreduje u ostvarivanju njihovih funkcija.
PRIMJENA RNA
RNA se koristiti pri biotehnološkom dibivanju inzulina.Informaciona RNA iz Langerhansovih ćelija pankreasa nosi poruku (šifru) za redosljed aminokiselina u hormonu inzulinu.RNA sa ovakvom porukom se dejstvom enzima obrnuta transkriptaza pretvara u inzulinsku DNA.Pošto je DNA dvolančane strukture ona se povezuje (spaja) sa plazmidom koji je takođe dvolančana molekula.Tako nastaje molekula rekombinantne DNA koja sadrži gen potreban za sintezu inzulina, i koja se inkorporira u ćeliju domaćina (npr. E. coli).Na ovoj način nastaju E.coli koje proizvode inzulin.
ANTISENS RNA TEHNIKA
Pri transkripciji gena, šifra sa smislenog lanca prepisuje se u mRNA.Položaj promotora s 5´-kraja u odnosu na gen omogućava njegovu pravilnu traskripciju i translaciju.Onda kada je gen postavljen s pogrešne strane u odnosu na promotor, suprotni ili "antisense" lanac se transkribuje u mRNA koja je onda antisens RNA (nema sinteze krajnjeg genskog produkta).Jedna od prvih upotreba antisens tehnika ju u proizvodnji paradajza sa smanjenim nivoom poligalaktouronidaze, enzima koji učestvuje u mekšanju i truljenju.Introdukcija antisense konstrukta sa pigmentacijskim genom u petunijama rezultirao je bijelim ili ukrasno prošaranim cvjetovima, a isti konstrukt bio je funkcionalan u krompiru i duhanu.Ista tehnika korištena je i kod blokade replikacijskog mehanizma nekih mozaika, vrlo štetnog uzročnika koji višestruko smanjuje prinose u poljoprivrednoj proizvodnji.
Biosinteza bjelancevina
Svaka novonastala celija nasljedi od svoje majke celije DNK (u hromosomima ili plazmidima).Ta matricna DNK kako joj samo ime kaze sluzi kao matrica za sintezu RNK i proteina kao i za dalju replikaciju (duplikaciju) DNK.Veza izmedu same sinteze RNK i sinteze proteina je velika.Poznato je da se sinteza RNK odvija u jedru celije.Tamo se sintetiziraju predhodnici iRNK, tRNK i rRNK kojima kao matrica za sintezu sluzi DNK koju je celija nasljedila od svoje majke.Poslje sinteze RNK napušta jedro, prolazi kroz jedrove pore i odlazi u citoplazmu kao na svoje odredište da svaka vrsta RNK obavlja svoje funkcije.Jedna od tih funkcija je funkcija iRNK, koja nalazi pojedinacne ribosome u citoplazmi i donosi im poruku (šifru) koju je transkribovala (prepisala od maticne DNK, prilikom svoje sinteze, zbog toga se kaze da je iRNK vjerni prepis jedarne DNK).Na ovaj nacin nastaju polisomi.U polisomu pojedinacne ribosome medusobno povezuje lanac iRNK.Poruka koju nosi iRNK šifra je za redosljed aminokiselina u bjelancevinama. Biosinteza svih bjelancevina pocinje na polisomima, koji nisu pricvršceni za endoplazmatsku mrezicu.Zbog toga se kaze da su polisomi zarišta sinteze bjelancevina.Poslje na scenu nastupa tRNK, cija je funkcija da transportuje odgovarajucu aminokiselinu da mjesta sinteze tj. do polisoma gdje se spajaju u proteinske lance.U svemu ovome veliku ulogu igraju specificni enzimi.Aktiviranje citoplazmatskih aminikiselina odvija se pod uticajem specificnih enzima (svaku aminokiselinu prepoznaje i aktivira posebni – “njen enzim”).Na lancu tRNK nalazi se i dva vazna djela, od kojih je jedan od znacaja za “raspoznavanje” mjesta na ribosomu, koje je zajdnicko za sve tRNK, a drugi je upravo u vezi sa “raspoznavanjem” enzima koji aktivira aminokiselinu.Tako se naprimjer kod alanin-tRNK jedan kraj lanca završava tripletom baza C-C-A /terminalni nukleotidi/ za koji se veze aminokiselina i to za A (adenin).Ova tri terminalna nukleotida nisu dodati tRNK prilikom njene sinteze u jedru, nego poslje specijalnim enzimaticnim sistemom, koji se nalazi u citoplazmi.Nakon vezivanja aminokiseline za tRNK (treba naglasiti da odredeni tip tRNK prenosi uvjek istu – njemu prepoznatljivu aminokiselinu, tj, odredenu aminokiselinu mogu transportirati samo za nju zaduzeni tripleti), tRNK prenosi aminokiselinu do mjesta sinteze tj. do polisoma gdje se nalazi smještena iRNK.Ono što sljedi je translacija (prevodjenje).Na triplete iRNK (kodoni) u nizu (jedan po jedan) vezu se komplementarni (odgovarajuci) tripleti tRNK (što se oznacava kao antikodon).Tako se ukucava “rijec po rijec” geneticke poruke, na taj nacin sa svog suprotnog kraja tRNK spušta dopremljenu aminokiselinu na odgovarajuce mjesto u proteinskom lancu.Tako da sinteza svih bjelancevina pocinje na polisomima koji nisu pricvršceni za endoplazmatski retikulum.Nakon otpuštanja svog tereta, oslobodene tRNK se ponovo vracaju u okolnu citoplazmu po novu turu svoje aminokiseline.Novosintetizirane bjelancevine odlaze dalje u hrapavu, ali ne i u glatku endoplazmatsku mrezicu, jer se u membranama HEPM nalaze dva integralna membranska proteina, riboforini I i II koji mogu tvoriti hidrofilne (bjelancevine spadaju u hidrfilne koloide) kanale kroz središnji hidrofobni sloj membrana, i tako omoguciti prolazenje novosintetiziranih bjelancevina u lumen HEPM.Taj se proces naziva vektorski istovar, da bi se naglasila njegova jednosmjernost.Dospjevši u lumen HEPM, uklanja se triplet nukleotida na iRNK (takozvani kodoni) specificnim enzimom nazvanim signalna peptidaza (koji je smješten na unutrašnjoj površini membrane HEPM).Translacija bjelancevina nastavlja se u unutrašnjosti cisterne HEPM, a prate je sekundarne i tercijalne strukturne promjene i neke posttranslacijske modifikacije, kao sto su: hidroksiliranje, glikoziliranje, sulfatiranje i fosforiliranje.Najvaznija posttransilacijska modifikacija je pocetno glikoziranje bjelancevinskog lanca, tokom kojega se najvecem broju bjelancevina namjenjenih izlucivanju dodaju oligosharidi bogati manozom.Bjelancevine sintetizirane u HEPM mogu imati nekoliko odredišta: a) pohranjivanje unutar celije (npr. u lizozomima i specificnim zrncima bijelih krvnih celija), b) privremeno pohranjivanje bjelancevina u celijama za izlucivanje (npr. u gušteraci i nekim endokrinim celijama) i c) ugradjivanje u druge membrane (npr. integralni proteini).Putem prijenosnih mjehurica koji se odvajaju od HEPM novosintetizirane bjelancevine se prenose do Goldijevog aparata na daljnu preradu.Prenosni mjehurici donose novosintetizirane bjelancevine do najblize Goldijeve cisterne, gdje ih ispuštaju za daljnu preradu.Pošto Goldijeve cisterne nisu medusobno povezane, putem mjehurica za prenos medu cisternama, bjelancevine stizu u sve cisterne.Goldijeve cisterne sadrzavaju razlicite enzime i u njima se završavaju posttranslacijske modifikacije.Dalje putem velikih kondenzacijskih vakuola koje se odvajaju (“pupaju”) od Goldijevih cisterna bjelancevine se prenose na razlicita mjesta. Bjelancevine sintetizirane u celiji mogu ostati u citoplazmi ili se izluciti iz nje, i tako sudjelovati u razlicitim aktivnostima celije.
