производству белков; (2) по тому, когда, каким клеткам и какие
белки производитьБелки – активные действующие лица, “живые” …
РНК ….
Хорошо ли молекулы называть живыми?
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Геометрия и "живые" молекулы
Содержание
- 1. Геометрия и "живые" молекулы
- 2. “Живые” молекулыДНК – центральный архив информации; содержит
- 3. 3D Геометрия – это наука о пространственных
- 4. Вот как выглядят белкиПорин из бактерииKlebsiella pneumoniaeЗеленый флюоресцентный белок из медузы Aequorea victria
- 5. Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса
- 6. А важна ли 3D геометрия молекул? РНК-зависимая
- 7. Пример удачного описания 3D геометрии живогоВитрувианский человекЛеонардо да Винчи
- 8. В чем состоит описание этого 3D объектаВыделяем
- 9. Как мы все это узнали?Глаза…Длительное наблюдение за объектамиВозможность измерять …. Анатомия, физиология, биометрика …. ….
- 10. “Живые” молекулы - маленькиеДНК: толщина - 20Å
- 11. Если бы мы могли стать очень маленькими
- 12. Разные молекулы (вода, ионы, маленькие молекулы –
- 13. Как же нарисовали модели белков?Рентгено-структурный анализ -
- 14. Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса, наверное,
- 15. Про жирафа и объем наших знаний о
- 16. ДНК – архив информации Значит, должны бытьПисатели
- 17. Два способа чтения ДНК белкамиФрагмент нуклеосомы лягушкиXenopus
- 18. В ДНК закодирована информацияAAATTGCGCTTTCCAGGG … или вроде
- 19. Этим и займемся – для участка ДНКГде
- 20. Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)
- 21. В каком направлении читать ДНК?
- 22. Глазами легко увидеть различные пары основанийACTG
- 23. ДНК-зависимая РНК-полимераза только переписывает буквырасплетает две
- 24. Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы
- 25. Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНККислород, акцептор протонаАзот, донор протонаАзот, Акцептор протона
- 26. Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)Кислород, акцепторАзот, донор Азот, акцептор
- 27. Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепейИстория про белок TetR
- 28. периплазмацитоплазмаdiffusionTetAeffluxБелок TetAБАКТЕРИЯМЕЖКЛЕТОЧНОЕПРОСТРАНСТВОИдея бактерии простая, но так просто не получается ☹
- 29. O2O1 Белок TetRпериплазмацитоплазмаtetRtetAБелок TetAДНКГены неработаютУчастки ДНК, узнаваемыеTetR
- 30. O2O1 Белок TetRпериплазмацитоплазмаtetRtetAdiffusionTetR+TcБелок TetAДНКПри связывании с Tc белок TetRперестает связываться со “своим”участком ДНК
- 31. O2O1 Белок TetRпериплазмацитоплазмаtetRtetAdiffusionTetR+TcБелок TetAДНКГены работают
- 32. Вот он, белок TetR, собственной персонойДимер TetR, взаимодействующий с двумя молекуламитетрациклина
- 33. Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна
- 34. Давайте читать ДНК, на расплетая цепей!Так ничего не понять!Нужно выделить части!
- 35. Какие атомы на поверхности ДНК различаются в
- 36. “Химический код” в большой бороздке ДНКA-TT-AG-CC-GАкцептор протонаДонор протонаГидрофобная группа атомов (-CH3 )
- 37. Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность
- 38. Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается
- 39. Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной
- 40. Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидомПараметры геликоида подгоняются к каждомуучастку ДНК.Поэтому геликоид искривлен
- 41. Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью геликоида
- 42. Давайте изобретать белок для распознавания ДНК!Белок глобулярный,
- 43. Вот как это делает тетрациклиновый репрессорСм. Rasmol
- 44. Некоторые выводыОдна молекула белка взаимодействует с коротким
- 45. Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из
- 46. Димер тетрациклинового репрессора на ДНКВид сбокуВид со стороны ДНК
- 47. Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессоромCTATCATTGATAGЧто в ней особенного?
- 48. Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со
- 49. Значит, мы знаем не все, что использует
- 50. Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином,
- 51. Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:Ничего общего?
- 52. ПоринЗеленый флюоресцентный белокСкелеты похожи!
- 53. Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики
- 54. Вот адрес базы данных PDB, в которой
- 55. Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую
- 56. Вот PDB коды 3D структур, использованных в
- 57. Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов
- 58. Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк
- 59. Вирус ящура
- 60. Скачать презентанцию
“Живые” молекулыДНК – центральный архив информации; содержит инструкции (1) по производству белков; (2) по тому, когда, каким клеткам и какие белки производитьБелки – активные действующие лица, “живые” …РНК ….Хорошо ли
Слайды и текст этой презентации
Слайд 2“Живые” молекулы
ДНК – центральный архив информации; содержит инструкции (1) по
Белки – активные действующие лица, “живые” …
РНК ….
Слайд 33D Геометрия – это наука о пространственных отношениях между телами,
поверхностями, линиями и точками
Эвклид
3D = three dimensional = трехмерный
Слайд 4Вот как выглядят белки
Порин из бактерии
Klebsiella pneumoniae
Зеленый флюоресцентный белок
из
медузы Aequorea victria
Слайд 6А важна ли 3D геометрия молекул?
РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса
– молекулярная машина по полимеризации новой молекулы РНК.
Как всяка машина,
молекулярная машина состоит из множества согласованно работающих частей
Слайд 8В чем состоит описание этого 3D объекта
Выделяем структурные единицы –
части, эти части имеют названия
Функции частей нам известны
Подвижность частей
нам тоже известнаВнутреннее строение частей описано наукой (анатомией, физиологией)
Важные геометрические параметры объекта и его частей и их вариации у разных объектов данного класса тоже описаны (рост, длина руки, форма зубов и др.)
Слайд 9Как мы все это узнали?
Глаза…
Длительное наблюдение за объектами
Возможность измерять
….
Анатомия, физиология, биометрика ….
….
Слайд 10“Живые” молекулы - маленькие
ДНК: толщина - 20Å , длина -
? (участок из 10 пар оснований имеет длину около 35 Å)
(геном кишечной палочки – около 5 млн пар оснований 4639675 п.о.) (геном человека – более 3 млрд пар оснований)РНК: тРНК имеет диаметр около 70Å
Диаметр белка может быть от 10 до многих сотен ангстрем (и даже тысяч)
Слайд 11Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы
в одну живую клетку, то увидели бы …..
Слайд 12Разные молекулы
(вода, ионы, маленькие молекулы – лиганды, белки и
др.)
налетают со всех сторон.
Разобраться что к чему непросто!
Темно …
Слайд 13Как же нарисовали модели белков?
Рентгено-структурный анализ - примерно, одномоментная фотография
одной молекулы (или одновременно нескольких связанных друг с другом молекул),
образующих кристаллическую структуру.Не видим: движения белков, подвижность отдельных частей(*), поведения при встрече с другими молекулами и др.
Приходится а) проводить эксперименты; б) интерпретировать результаты и, часто, догадываться о том, что происходит
(*) не совсем так, иногда кое-какие движения можно восстановить на основании экспериментальных данных – ЯМР, например.
Слайд 14Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса, наверное, должно выглядеть так:
(нарисовано
на основе существующих на сегодня 3D структур
и многих других экспериментальных
данных) 
Слайд 15Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков
(1) Основная
функция жирафа –
поедание верхней кроны листьев
(2) путь развития жирафа до
зрелого белк.., извините, организма (3) проблема функции хвоста жирафа осталась
бы нерешенной
и загадочной:
Если бы биосфера была размерами с
одну клетку, мы смогли бы –
современными экспериментальными
методами установить, что:
удаление хвоста генно-инженерными методами не приводит к невыполнению функции, однако хвост закрепился в эволюции !!!???.
Слайд 16ДНК – архив информации Значит, должны быть
Писатели (???!!!)
Читатели, которые используют
информацию
Архивариусы, которые следят за тем, чтобы нужную информацию получали нужные
читатели, заботились об архивеКопировщики архива (клетки размножаются)
Слайд 17Два способа чтения ДНК белками
Фрагмент нуклеосомы лягушки
Xenopus laevis
См. Rasmol
ДНК находится
в B-форме. В
такой форме она обычно
хранится в хромосоме
Слайд 18В ДНК закодирована информация
AAATTGCGCTTTCCAGGG …
или вроде того
И как же ее
переписать, разглядывая (нам, людям) или “щупая” (ДНК-зависимой РНК-полимеразе)?
AGCTGAATTCAGCTGAAC
Слайд 19Этим и займемся – для участка ДНК
Где же буквы A,
T, G, C?
Чтобы найти буквы нам
(людям) нужно упростить
картинку,
найти и назватьчасти молекулы
Слайд 23 ДНК-зависимая РНК-полимераза
только переписывает буквы
расплетает две цепи ДНК
изгибает одну цепь
так, как ей удобно
работает с каждым основанием по отдельности
располагает это
основание в стандартном положениикоды атомов основания – донор протона или акцептор протона позволяют ей правильно подобрать комплементарное основание
Слайд 25Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК
Кислород,
акцептор
протона
Азот,
донор протона
Азот,
Акцептор протона
Слайд 26Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)
Кислород, акцептор
Азот, донор
Азот, акцептор
Слайд 28
периплазма
цитоплазма
diffusion
TetA
efflux
Белок TetA
БАКТЕРИЯ
МЕЖКЛЕТОЧНОЕ
ПРОСТРАНСТВО
Идея бактерии простая, но так просто не получается ☹
Слайд 29
O2
O1
Белок TetR
периплазма
цитоплазма
tetR
tetA
Белок TetA
ДНК
Гены не
работают
Участки ДНК, узнаваемые
TetR
Слайд 30
O2
O1
Белок TetR
периплазма
цитоплазма
tetR
tetA
diffusion
TetR+Tc
Белок TetA
ДНК
При связывании с Tc белок TetR
перестает связываться
со “своим”
участком ДНК
Слайд 32Вот он, белок TetR, собственной персоной
Димер TetR, взаимодействующий с двумя
молекулами
тетрациклина
Слайд 33Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК
участок с последовательностью
CTATCATTGATAG
(или очень на нее похожей)
и связаться
с ним. Расплетение двойной спирали ДНК
не предусмотрено!
Слайд 35Какие атомы на поверхности ДНК
различаются в зависимости от
оснований
ДНК (“букв”)?
Акцептор протона
Донор протона
Большая бороздка ДНК:
Акцептор протона
Донор протона
Малая
бороздка ДНК:Основные различия – в большой
бороздке!
Слайд 36
“Химический код” в большой бороздке ДНК
A-T
T-A
G-C
C-G
Акцептор протона
Донор протона
Гидрофобная группа
атомов
(-CH3 )
Слайд 37Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность ДНК, не расплетая
двойной спирали.
Но у белков нет глаз, им приходится работать
на ощупь,
различая атомы по их свойствамОчевидно, важна геометрия большой
бороздки ДНК!
Слайд 38Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью, называемой “Геликоид”.
Определение
1. Геликоид – поверхность,
образованная равномерным вращением
отрезка, перпендикулярного оси, и
равномерно
перемещающегося вдоль нее.
Слайд 39Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой, натянутой на
двойную спираль из проволоки (т.н., минимальная поверхность)
Двойная спираль
Геликоид
Слайд 40Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом
Параметры геликоида
подгоняются к каждому
участку ДНК.
Поэтому
геликоид
искривлен
Слайд 42Давайте изобретать белок для распознавания ДНК!
Белок глобулярный, т.е. сохраняет свою
форму, очень условно, эллипсоидальную
В нем нет длинных гибких “щупалец”
Значит,
надо изобрести структурную единицу белка, помещающуюся в большую бороздкуТакой структурной единицей может быть альфа-спираль
Слайд 44Некоторые выводы
Одна молекула белка взаимодействует с коротким участком ДНК -
4-5 пар оснований
В большой бороздке ДНК белок ищет шифр в
области поверхности большой бороздки; для него ДНК не разделена на пары основанийФорма поверхности большой бороздки важна для узнавания своего участка ДНК
Слайд 45Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок. 10 пар
оснований, как минимум…
Димеризация белка – это способ удлинить узнаваемый участок
Какое
свойство последовательности регуляторного участка ДНК (участка, который узнает регуляторный белок) следует ожидать из-за того, что этот белок димеризуется?
Слайд 47Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессором
CTATCATTGATAG
Что в ней особенного?
Слайд 48Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой последовательностью
Люди
(даже ученые ☺ ) не научились как следует решать эту
задачу!!!Задача. Дан регуляторный белок; знаем все о его строении. Найти участок ДНК, с которым этот белок свяжется – т.е. указать последовательность ДНК этого участка
Слайд 49Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания
Роль
растворителя – воды, ионов
Геометрия участка ДНК может зависеть от последовательности
основанийИзгибаемость двойной спирали ДНК может зависеть от последовательности оснований
…..
Слайд 50Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином, перестает связываться с
ДНК?
Две структуры наложе друг на
друга
В структуре с тетрациклином,
например, глютамин-38
изменил
свое положение по сравнению со структурой с ДНК
и наезжает на ДНК.
Слайд 53Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из
60 одинаковых молекул белка.
Задача. Как сшить сферу
из одинаковых
лоскутов?
Слайд 54Вот адрес базы данных PDB, в которой хранятся 3D структуры
белков, ДНК, РНК:
http://www.rcsb.org/
Ключевое слово
Сохранение файла
в формате PDB
(нужно знать PDB
код,
например, 2trt)
Слайд 55Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D
структуры в формате PDB
http://www.openrasmol.org/doc/rasmol.html
Версия 2.7.3 под Windows и help file
http://www.scripps.edu/mb/goodsell/pdb/
По
этому адресу найдете описание многихважных белков и их 3D структур (англ.)
Слайд 56Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации
Нуклеосома
1aoi
Зеленый флюоресцентный белок 1hcj
Порин 1osm
Тетрациклиновый репрессор в комплексе с
тетрациклином 2trt (скачивать Biological unit)Тетрациклиновый репрессор в комплексе с ДНК 1qpi (скачивать Biological unit)
РНК-зависимая РНК-полимераза 1ra6
Теги
