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
Генетика бактерий. Экспрессия генетической информации у бактерий
Содержание
- 1. Генетика бактерий. Экспрессия генетической информации у бактерий
- 2. Геном бактерийГеном – совокупность всех генов бактерий;Бактерии
- 3. Организация генетического аппарата бактерийНуклеоид - одна двунитевая
- 4. Нуклеоид содержит информацию необходимую для обеспечения основных процессов
- 5. Организация нуклеоида кольцевая молекула ДНК;длина 1,6 мм,
- 6. Общая характеристика генома бактерийструктурные гены – кодирующие
- 7. Оперонная организация бактериальных геновОперон – группа структурных
- 8. Внехромосомные генетические элементы - плазмиды, транспозоны, вставочные
- 9. Плазмиды автономно реплицирующиеся двухцепочечные молекулы ДНК
- 10. Классификация плазмид по свойствамF – плазмиды;R – плазмиды;Col – плазмиды;Ent – плазмиды;Hly – плазмиды;Биодеградативные плазмиды;
- 11. Классификация плазмид по способу межклеточной передачиКонъюгативные (трансмиссивные)
- 12. Классификация плазмид по совместимостиНесовместимость – родственные плазмиды,
- 13. Значение плазмидобусловливают гетерогенность микробных популяций;контролируют обмен генетическим
- 14. Транспозоны (Tn)- мобильные генетические элементыФрагменты ДНК, состоящие
- 15. Вставочные последовательности (IS-элементы)Фрагменты ДНК, несущие только гены,
- 16. Функции IS-элементов Координируют взаимодействие мобильных генетических элементов между собой и бактериальной хромосомой;Регулируют экспрессию структурных генов;Индуцируют мутации.
- 17. «Островки» патогенности –фрагменты ДНК, кодирующие факторы болезнетворностиОбнаружены
- 18. Структура «островков» патогенностиСодержат мобильные элементы (IS), гены
- 19. Передача генетической информации у бактерийпо вертикали (по
- 20. Передача генетической информации у бактерий по горизонтали
- 21. Конъюгация - перенос генетического материала посредством конъюгативных
- 22. Трансмиссивная F-плазмиданаходится в клетке в автономном состоянии;при
- 23. Интегративная F-плазмидаF-плазмида и хромосома бактериальной клетки вместе
- 24. Трансформацияпоглощение фрагментов ДНК и включение в хромосому
- 25. Механизм трансформацииАутолизин разрушает КС, обнажает ДНК-связывающий белок
- 26. Трансдукция передача генетического материала от одной бактерии
- 27. Экспрессия генетической информации у бактерий
- 28. Бактерии – универсальные существа Отдельная бактериальная клетка
- 29. Парадокс бактериальной клеткиВысокая метаболическая активность (правило Рубнера);Высокая
- 30. Быстрая адаптация к изменяющимся условиям среды -
- 31. Бактерии нуждаются в получении информации о своем
- 32. Внешние сигналы определяют экспрессию геновСигналы распознаются и
- 33. Регуляторы экспрессии генетической информациидвухкомпонентные сигнальные системы. Широко
- 34. Уровни регуляции метаболизма На уровне транскрипции (путь
- 35. Регуляторы экспрессии опероновРегуляторные белкиПродукты генов-регуляторовСвязываются с участком
- 36. Эффекты связывания регуляторного белка с операторомНегативный контроль
- 37. Индуцибельные опероныКатаболитные опероны;Цель регуляции – включить синтез
- 38. Катаболитная репрессияЕсли в среде присутствует несколько субстратов
- 39. Механизм катаболитной репрессииЭффектором выступает цАМФ;Белок активатор катаболитных
- 40. Циклический АМФ регулятор активности БАКОбразуется из АТФ
- 41. Арабинозный оперонГены araА, araВ, araD структурные –
- 42. Структура арабинозного оперонаВ присутствии арабинозы AraC превращается
- 43. Работа арабинозного оперона в присутствии арабинозыРепрессорарабинозаАктиваторБАКцАМФБелок активатор катаболитных оперонов (БАК) активируется в комплексе цАМФ;Усиливает транскрипцию.
- 44. Работа арабинозного оперона в отсутствии арабинозыРепрессор
- 45. Репрессибельные опероныХарактерны для анаболических путей. Цель регуляции
- 46. Триптофановый оперонПри наличии в среде триптофана, его
- 47. Принцип работы триптофанового оперона
- 48. Аттенуация – механизм тонкой регуляции экспрессии структурных
- 49. Аттенуатор - последовательность нуклеотидов в регуляторной области
- 50. Заключение Геном бактерий представлен хромосомой и внехромосомными
- 51. Скачать презентанцию
Геном бактерийГеном – совокупность всех генов бактерий;Бактерии – гаплоидные организмы, имеют один набор генов;Размер определяется количеством нуклеотидных пар оснований (н.п.о.);Размер генома E.coli - 3,8•106 н.п.о.
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Генетика бактерий. Экспрессия генетической информации у бактерий
Доцент кафедры микробиологии и
вирусологии СибГМУ О.С Жданова
Слайд 2Геном бактерий
Геном – совокупность всех генов бактерий;
Бактерии – гаплоидные организмы,
имеют один набор генов;
Размер определяется количеством нуклеотидных пар оснований (н.п.о.);
Размер
генома E.coli - 3,8•106 н.п.о.
Слайд 3Организация генетического аппарата бактерий
Нуклеоид - одна двунитевая молекула ДНК кольцевой
формы;
Содержание ДНК непостоянно, может соответствовать 2,4,6,8 хромосомам;
Внехромосомные генетические элементы –
плазмиды, транспозоны, вставочные последовательности, умеренные бактериофаги.
Слайд 4Нуклеоид
содержит информацию необходимую для обеспечения основных процессов жизнедеятельности - кодирует
синтез ферментов, участвующих в пластическом и энергетическом метаболизме.
Слайд 5Организация нуклеоида
кольцевая молекула ДНК;
длина 1,6 мм, диаметр 1 мкм;
суперскрученное состояние
обеспечивается топоизомеразой;
петли образуют домены, удерживаются РНК (тРНК, иРНК);
Слайд 6Общая характеристика генома бактерий
структурные гены – кодирующие области – 85%
последовательностей ДНК бактерий;
регуляторные области;
некодирующие последовательности – 10% генома – мигрирующие
элементы, сайты рекомбинации, регуляторы транскрипции.
Слайд 7Оперонная организация бактериальных генов
Оперон – группа структурных генов (кодируют признаки),
находящихся под общим контролем;
В состав оперона входит промотор и оператор;
Промотор
– участок ДНК, с которым связывается РНК-полимераза;Оператор – участок ДНК, с которым связывается регуляторный белок;
Терминатор транскрипции.
Франсуа Жакоб
Жак Люсьен Моно
Слайд 8Внехромосомные генетические элементы - плазмиды, транспозоны, вставочные последовательности
Различаются по молекулярной
массе, объему закодированной информации, способности к самостоятельной репликации;
Выполняют кодирующие и
(или) регуляторные функции;Кодируют дополнительную генетическую информацию, обеспечивающую бактериальным клеткам селективные преимущества.
Слайд 10Классификация плазмид по свойствам
F – плазмиды;
R – плазмиды;
Col – плазмиды;
Ent
– плазмиды;
Hly – плазмиды;
Биодеградативные плазмиды;
Слайд 11Классификация плазмид по способу межклеточной передачи
Конъюгативные (трансмиссивные) – осуществляют собственный
перенос путем конъюгации. Содержат tra-опероны – гены ответственные за перенос;
Неконъюгативные
(мобилизуемые) – передаются путем трансдукции, трансформации или с помощью конъюгативных плзмид.
Слайд 12Классификация плазмид по совместимости
Несовместимость – родственные плазмиды, обладающие высоким сходством
репликонов неспособны существовать в одной клетке;
Несовместимые друг с другом, но
совместимые с другими собраны в inc-группы (англ. Incompatibility - несовместимые);Плазмиды одной inc-группы обладают общими признаками: молекулярная масса, высокая степень гомологии, синтез морфологически сходных и серологически родственных донорных ворсинок.
Слайд 13Значение плазмид
обусловливают гетерогенность микробных популяций;
контролируют обмен генетическим материалом;
контролируют синтез факторов
(в том числе патогенности), обеспечивающих сохранение видов бактерий в природе;
биологическое
средство самозащиты бактерий (приобретение и наследование устойчивости к лекарственным препаратам).
Слайд 14Транспозоны (Tn)- мобильные генетические элементы
Фрагменты ДНК, состоящие из генов, кодирующих
транспозицию (перемещение) и признаки;
Способны мигрировать по хромосоме, из хромосомы в
плазмиды, ДНК умеренных фагов;Реплицируются только в составе хромосомы;
Выполняют регуляторную и кодирующую функции.
прямые повторы
Слайд 15Вставочные последовательности (IS-элементы)
Фрагменты ДНК, несущие только гены, кодирующие собственное перемещение
(транспозицию) - фермент транспозазу и репрессор;
Гены по флангам окружены инвертированными
повторами;Способны перемещаться только по хромосоме.
ИНВЕРТИРОВАННЫЕ ПОВТОРЫ
Слайд 16Функции IS-элементов
Координируют взаимодействие мобильных генетических элементов между собой и
бактериальной хромосомой;
Регулируют экспрессию структурных генов;
Индуцируют мутации.
Слайд 17«Островки» патогенности –фрагменты ДНК, кодирующие факторы болезнетворности
Обнаружены в геноме болезнетворных
бактерий;
Располагаются отдельными кластерами в хромосомах, плазмидах и умеренных фагах;
Связаны
между собой топографически и функционально;Отличаются высокой степенью чужеродности по процентному содержанию нуклеотидов гуанина и цитозина (G+C);
Отличаются нестабильностью.
Слайд 18Структура «островков» патогенности
Содержат мобильные элементы (IS), гены подвижности (интегразу, транспозазу),
гены вирулентности (V1-V4);
По обоим концам имеются прямые повторы (DR) (распознаются
ферментами и вырезаются);Располагаются вблизи генов тРНК.
Слайд 19Передача генетической информации у бактерий
по вертикали (по наследству) – обеспечивает
передачу всех генов исходной особи и стабильность генома;
Слайд 20Передача генетической информации у бактерий
по горизонтали – способствует возникновению
новых признаков – изменчивости;
основной механизм видообразования у бактерий (реализуется посредством
процессов конъюгации, трансдукции, трансформации).
Слайд 21Конъюгация - перенос генетического материала посредством конъюгативных пилей
хеликаза осуществляет разрывы
водородных связей в двухцепочечной ДНК;
эндонуклеаза узнает участок oriT и осуществляет
однонитевой разрыв ДНК, начинается репликация;F-плазмида может быть трансмиссивной и интегративной.
определяется наличием F-плазмиды (содержит tra-оперон);
tra-оперон кодирует гены переноса, синтез половых пилей, ферментов хеликазы и эндонуклеазы;
Слайд 22Трансмиссивная F-плазмида
находится в клетке в автономном состоянии;
при участии хеликазы и
эндонуклеазы образуется однонитевая ДНК;
нить ДНК переносится в реципиентную клетку по
принципу катящегося кольца;в обеих клетках по матрице одной нити ДНК комплементарно восстанавливается двунитевая структура.
передача плазмиды осуществляется в течении нескольких минут, в результате реципиент приобретает донорские свойства
Слайд 23Интегративная F-плазмида
F-плазмида и хромосома бактериальной клетки вместе образуют единый трансмиссивный
репликон;
клетки со встроенной F-плазмидой называют Hfr-доноры (англ. high frequency of
recombination), т.к. они с высокой частотой переносят свои гены бесплазмидным клеткам;ДНК расщепляется в месте интеграции F-плазмиды, одна нить передается реципиенту;
сначала передается часть плазмидной ДНК от oriT, затем хромосомная ДНК;
хрупкость конъюгативного мостика приводит к спонтанным разрывам, переносится только фрагмент хромосомной ДНК.
процесс длится около 90 мин, рекомбинант донорские свойства, как правило, не приобретает
Слайд 24Трансформация
поглощение фрагментов ДНК и включение в хромосому бактерии реципиента;
ДНК должна
быть двунитевой;
длина фрагмента должна составлять 1-2% длины хромосомы;
реципиенты должны быть
компетентными (конец лог-фазы);фактор компетентности связывается с рецепторами КС → синтез аутолизина, ДНК-связывающего белка, эндонуклеазы I.
– поглощение бактерией-реципиентом фрагментов ДНК бактерии-донора из внешней среды
(Гриффит 1928, Эйвери 1944)
Слайд 25Механизм трансформации
Аутолизин разрушает КС, обнажает ДНК-связывающий белок и эндонуклеазу I;
ДНК-связывающий
белок абсорбирует фрагменты донорной ДНК (22-45 тпо);
эндонуклеазаI на определенном расстоянии
на фрагментах ДНК (6 тпо) делает одноцепочечные разрывы;одна цепь ДНК деградирует;
фрагменты ДНК проникают в клетку и связываются с белком, защищающим их от деградации;
интеграция в хромосому реципиента.
Слайд 26Трансдукция
передача генетического материала от одной бактерии другой посредством бактериофага
общая (неспецифическая) - перенос бактериофагом любого гена бактериальной хромосомы. Осуществляется
плазмидоподобными фагами РI или умеренными неспецифическими фагами (Mu), способными встраиваться в любое место бактериальной хромосомы; абортивная – принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии не включается в хромосому реципиента;
специфическая - фаговая ДНК интегрирует в хромосому бактерии с образованием профага. При исключении ДНК фага из бактериальной хромосомы захватывается прилегающий к месту включения фаговой ДНК фрагмент бактериальной хромосомы.
Слайд 28Бактерии – универсальные существа
Отдельная бактериальная клетка – полноценный самодостаточный
организм;
Клетки многоклеточных входят в состав специализированных тканей и выполняют строго
определенные функции.
Слайд 29Парадокс бактериальной клетки
Высокая метаболическая активность (правило Рубнера);
Высокая ферментативная насыщенность (до
109-1012 реакций в минуту);
Бактерии способны использовать в качестве энергетических субстратов
и источников пластического материала разнообразные вещества;Пластичность метаболизма обеспечивает высокую выживаемость и приспособляемость;
В первую очередь утилизации подвергаются легко усвояемые субстраты.
Размер бактерий в среднем составляет 0,5—5 мкм;
Геном бактерий представлен 4 100 генов.
Слайд 30Быстрая адаптация к изменяющимся условиям среды - необходимое условие выживания
Бактерии
должны иметь все ферменты, необходимые в разных условиях существования;
Информация о
синтезе ферментов закодирована в геноме;Ферменты: конститутивные, индуцируемые, репрессируемые;
Механизмы «включения» и «выключения» генов обеспечивает экономный расход энергии и пластического материала.
Слайд 31Бактерии нуждаются в получении информации о своем окружении
Способы получения информации
бактериями:
непосредственный контакт при конъюгации с другими бактериями;
дистантное взаимодействие (носителями
информации являются УФ, электромагнитные волны светового и инфракрасного диапазонов); физико-химические сигналы.
Слайд 32Внешние сигналы определяют экспрессию генов
Сигналы распознаются и преобразуются;
Передаются генетическим
структурам;
Эта информация реализуется на уровне генов, путем их экспрессии или
инактивации.
Слайд 33Регуляторы экспрессии генетической информации
двухкомпонентные сигнальные системы. Широко распространенны среди прокариотических
организмов. Сенсорная киназа– ключевой компонент системы;
σ-фактор участвует в формировании РНК-полимеразы
и распознает промотор на ДНК, с которого начинается процесс транскрипции; белки глобальные регуляторы выполняют роль общего регулятора экспрессии генов (белок активатор катаболитных оперонов – БАК). Контролируют экспрессию многочисленных разрозненных генов и оперонов.
Слайд 34Уровни регуляции метаболизма
На уровне транскрипции (путь от ДНК к
РНК);
Регуляция на начальных этапах экспрессии самый эффективный способ экономии ресурсов
(посредством промоторов, регуляторных белков, белков глобальной регуляции);Наиболее часто используется бактериальной клеткой;
На уровне трансляции (от РНК к белку).
Слайд 35Регуляторы экспрессии оперонов
Регуляторные белки
Продукты генов-регуляторов
Связываются с участком ДНК -оператором;
Осуществляют позитивный
или негативный контроль
Эффекторы
не способны связываться с ДНК
(субстраты, продукты конечного синтеза,
цАМФ)Индукторы (опероны индуцибельные);
Корепрессоры (опероны репрессибельные)
Слайд 36Эффекты связывания регуляторного белка с оператором
Негативный контроль регуляторный белок препятствует
транскрипции
Фермент не синтезируется
Позитивный контроль регуляторный белок обеспечивает транскрипцию структурных генов
Синтез фермента
Слайд 37Индуцибельные опероны
Катаболитные опероны;
Цель регуляции – включить синтез ферментов, которые ранее
не требовались;
Оперон «включается» в присутствии молекул индуктора;
Лактозный оперон - пример
оперона, работа которого находится под негативным контролем;Арабинозный оперон – находится под позитивным контролем регуляции.
Слайд 38Катаболитная репрессия
Если в среде присутствует несколько субстратов (глюкоза и лактоза),
то сначала утилизируется субстрат, поддерживающий наиболее высокую скорость роста -
глюкоза;Период генерации на среде с глюкозой 50 мин, с лактозой -80 мин;
При этом сначала синтезируются ферменты для утилизации глюкозы, а поступление лактозы в клетку подавляется;
После утилизации глюкозы, используется лактоза;
Смена синтеза ферментов для утилизации разных субстратов сопровождается сменой фаз роста в культуре - диауксия.
Слайд 39Механизм катаболитной репрессии
Эффектором выступает цАМФ;
Белок активатор катаболитных оперонов (БАК) неактивен
в свободном состоянии;
Комплекс БАК-цАМФ имеет сродство к промотору;
Обеспечивает связь
промотора с РНК-полимеразой и усиливает транскрипцию в 20-50 раз;Количество комплексов БАК-цАМФ зависит от количества цАМФ.
Слайд 40Циклический АМФ регулятор активности БАК
Образуется из АТФ с помощью аденилатциклазы;
При
недостатке глюкозы компоненты ее транспорта в клетку приводятся в активное
состояние – фосфорилируются;фосфорилирование обеспечивается аденилатциклазой и сопровождается увеличением цАМФ;
Увеличение цАМФ → увеличение комплексов БАК-цАМФ → увеличение связи РНК-полимеразы с промотором → увеличение транскрипции.
Слайд 41Арабинозный оперон
Гены araА, araВ, araD структурные – кодируют синтез ферментов,
образуют оперон araВАD ;
Ген araС кодирует регуляторный аллостерический белок AraC,
имеющий центр связывания с арабинозой;Связываясь с арабинозой регуляторный белок становится активатором araВАD-оперона;
В отсутствие арабинозы AraC связывается с участками ДНК и образует петлю, препятствуя транскрипции;
AraC осуществляет негативную и позитивную регуляцию.
Слайд 42Структура арабинозного оперона
В присутствии арабинозы AraC превращается в активатор, присоединяется
к инициатору (I);
БАК в комплексе с цАМФ связывается с ДНК
в области промотора;К промотору присоединяется РНК-полимераза.
Структурные гены
Регуляторная область
Ген регулятор
P
Слайд 43Работа арабинозного оперона в присутствии арабинозы
Репрессор
арабиноза
Актива
тор
БАК
цАМФ
Белок активатор катаболитных оперонов (БАК)
активируется в комплексе цАМФ;
Усиливает транскрипцию.
Слайд 45Репрессибельные опероны
Характерны для анаболических путей.
Цель регуляции – прекращение синтеза;
Оперон «выключается» в присутствии молекул корепрессора;
Ген регулятор кодирует апорепрессор –репрессор
в неактивной форме;Апорепрессор имеет два активных центра, один для связывания с метаболитом (корепрессором), второй – для связывания с геном оператором;
Триптофановый оперон (регуляция негативная, аттенуация - регуляция транскрипции на уровне трансляции).
Слайд 46Триптофановый оперон
При наличии в среде триптофана, его синтез прекращается (репрессия
конечным продуктом);
Эффектор (корепрессор) – триптофан – связывается с апорепрессором
и активирует его;Репрессор связывается с оператором, блокируя синтез триптофана;
В отсутствии корепрессора апорепрессор не имеет сродства к оператору, идет синтез аминокислоты.
Слайд 48Аттенуация – механизм тонкой регуляции экспрессии структурных генов
Позволяет регулировать количество
синтезирующегося триптофана;
При избытке триптофана – транскрипция генов оперона большинством молекул
РНК-полимеразы прерывается;При недостатке триптофана транскрипция генов оперона увеличивается.
Слайд 49Аттенуатор - последовательность нуклеотидов в регуляторной области перед первым структурным
геном
Р - промотор;
О - оператор;
А – аттенуатор.
Регуляторная область
Управляет активностью РНК-полимеразы.
Слайд 50Заключение
Геном бактерий представлен хромосомой и внехромосомными факторами;
Рекомбинация бактерий обеспечивается
конъюгацией, транформацией и трансдукцией;
Структурные гены бактерий организованы в опероны;
Работой оперонов
управляют эффекторы и регуляторные белки;Эффекторы «включают» или «выключают» гены, связываясь с регуляторными белками;
Регуляторные белки осуществляют позитивный или негативный контроль;
Различают индуцибельные (катаболитные) и репрессибельные (анаболитные) опероны.
