Слайд 1Классификация биологических систем (биообъектов биотехнологий):
Вирусы;
Целостный живой одноклеточный организм;
Целостный живой
многоклеточный организм;
Изолированные клетки многоклеточного организма;
Выделенные из клеток ферменты или их
комплексы
Биообъект (БО) – обязательный элемент биотехнологического производства.
Функция БО – биосинтез целевого продукта, поэтому его часто называют ПРОДУЦЕНТОМ.
Слайд 2Наиболее часто используемые БО
- МИКРООРГАНИЗМЫ
Кишечная палочка
Escherichia Coli –прокариот,
1 мкм
Одноклеточные дрожжи, Saccharomyces cerevisiae – эукариот, 5 мкм
-
термофилы – оптим. температ. режим развития от 45 до 90°С;
- мезофиллы – от 10 до 47°С;
- психрофилы – от -5 до 35°С.
Слайд 3Биообъекты БТ: КУЛЬТУРЫ КЛЕТОЧНЫХ ТКАНЕЙ МАКРООРГАНИЗМОВ
Суспензионные культуры растительных клеток
Эпителиоподобные
клетки животного в культуре ткани
Слайд 4Биообъекты БТ. МАКРООБЪЕКТЫ: млекопитающие, рептилии, рыбы, насекомые, растения
Слайд 5Биообъекты БТ: человек
можно воздействовать только на отдельные гены. Против
использования человека
как биообъекта в плане мутагенного действия
возражает этика.
Человека можно использовать:
1. донор
крови – необходимо, чтобы человек был здоров, кровь не должна
быть заражена, при взятии крови не должен нарушаться гомеостаз.
2. донор органов и тканей (после его смерти).
Слайд 6ДНК, РНК, СИНТЕЗ БЕЛКА
Биотехнологические процессы основываются на функционировании клетки
и изолированных из них биологических структур, чаще всего ферментов..
Общие закономерности
жизнедеятельности клетки необх. знать чтобы управлять ростом и метаболизмом биологических агентов и получать целевой продукт с максимальным выходом при высокой интенсивности процесса
Слайд 7Основные структурные различия про- и эукариот (лат.Procaryota, от др.греч.προ «перед» и κάρυον «ядро»)
Модель бактериальной клетки, созданная на основе электронной микроскопии
Схема строения клетки
эукариотов
Слайд 8Модель пространственной структуры ДНК - основа молекулярной генетики (1953)
Джеймс Уотсон
(Watson)
Фрэнсис Крик
Слайд 9Рентгенограмма волокон натриевой соли тимусной ДНК (1952)
Эта рентгенограмма послужила
главным толчком к открытию двуспиральной структуры ДНК и построению модели
структуры ДНК Уотсоном и Криком.
Уотсон: «Как только я увидел рентгенограмму, у меня открылся рот и бешено забилось сердце…
Распределение рефлексов было неизмеримо проще, чем все, полученные раньше для А-формы»
Слайд 12Азотистые основания ДНК:
пуриновые и пиримидиновые
Слайд 13Нуклеотид = аденин, гуанин, тимин, цитозин
Слайд 15Пара оснований А = Т стабилизируется двумя водородными связями;
Пара C
≡ G – тремя, является более прочной.
Нуклеотиды способны образовывать пары
как угодно. Причина, по которой в структуре ДНК они соединяются так, и никак иначе, заключается в том, что угол между «хвостиками», которые идут к сахарам (54,4°), совпадает только в этих парах, и, кроме того, совпадают их размеры. Никакая другая пара не образует такой конфигурации. А поскольку они совпадают, то их через сахаро-фосфатный остов можно связать друг с другом
Слайд 16ДНК - носитель генетической информации
Функция обеспечена свойствами:
1. ДНК реплицируется с
высокой точностью. Это свойство обусловлено комплементарностью дезоксирибонуклеотидов в обеих цепях
ДНК.
2. ДНК кодирует (детерминирует) синтез белковых молекул. Генетическая информация каждой клетки закодирована в последовательности азотистых оснований ее полинуклеотидов.
Слайд 17Репликация
(лат. replicatio, возобновление, повторение)
Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК на матрице
родительской молекулы ДНК.
Происходит в процессе деления клетки
Слайд 18РЕПЛИКАЦИЯ
При расплетении нитей ДНК к каждой нити можно достроить комплементарную
копию, таким образом получая две нити молекулы ДНК, копирующие исходную.
Слайд 19Матрицей для синтеза новой цепи молекулы ДНК служит каждая из
2 цепей расплетенной материнской ДНК
Слайд 20В репликации участвуют активированные мономеры
Дезоксирибонуклеозид-5′-трифосфат
α-фосфатная группа связана с
5 ′-атомом углерода дезоксирибозы
Активация происходит при присоединении к нуклеозиду трех
фосфатных групп.
Структурная формула активированного нуклеотида
Слайд 21Пошаговый механизм синтеза ДНК:
Спаривание подходящего нуклеотида с комплементарным основанием ДНК-матрицы.
Образование водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями
Слайд 22α-фосфатная группа связывающегося нуклеотида (подошедшего) подвергается нуклеофильной атаке со стороны
3'-ОН-группы предыдущего нуклеотида.
Слайд 23α-фосфатная группа образует фосфодиэфирную связь с 3 ′-ОН группой
дезоксирибозы последнего нуклеотида растущей цепи;
β - и γ - фосфатные
группы отщепляются в виде пирофосфата
К комплементарному спариванию готов следующий дезокси-рибонуклеозид-трифосфат
Слайд 25ДНК-полимераза. Механизм действия
ДНК-полиме-раза
Слайд 26ДНК-праймаза и другие ферменты
ДНК-полимераза не может начать процесс синтеза
ДНК сама, ей нужна «затравка». В качестве такой затравки используется
короткий фрагмент РНК – РНК-праймер.
В молекуле ДНК имеются небольшие участки, последовательность нуклеотидов в которых «распознается» РНК-полимеразой - ферментом, синтезирующим РНК. РНК-полимеразы не нуждаются в затравках, и этот фермент синтезирует короткий фрагмент РНК – ту самую «затравку», с которой начинается синтез ДНК. В данном случае этот фермент называется ДНК-праймазой.
Слайд 27Фрагменты Оказаки
Молекула ДНК антипараллель-на, разные ее концы называются 3΄-конец и
5΄-конец. При синтезе новых копий на каждой нити одна
новая нить удлиняется в направ-лении от 5΄ к 3΄, а другая – в на-правлении от 3΄ к 5-концу. Однако 5΄ конец ДНК-полиме-раза наращивать не может.
Поэтому синтез одной нити ДНК, той, которая растет в "удобном" для фермента направлении, идет непрерывно - она называется ведущей нитью. Синтез другой нити осуществляется короткими фрагментами. Они называются фрагментами Оказаки в честь ученого, который их описал.
Потом эти фрагменты сшиваются ДНК-лигазой. В целом реплика-ция этой нити идет медленней и такая нить называется запаздывающей.
Слайд 28Репликация в бактериальных клетках
Слайд 29Репликация в вирусах, клетках прокариот и клетках эукариот протекает с
различной скоростью, что обусловлено необходимостью воспроизводства различного количества генетического материала
(различная длина ДНК).
Различная скорость репликации обеспечивается разным количеством репликационных вилок и работой различного количества молекул фермента ДНК-полимеразы
Слайд 30В геноме бактерий есть специальная точка, называемая сайт origin (исток,
начало) репликации.
В этой точке находится последовательность нуклеотидов, которая распознается
ферментом ДНК-праймаза (РНК-полимераза по механизму действия). Этот фермент синтезирует РНК-праймер (короткий фрагмент РНК) - «затравку», с которой начинается синтез новой молекулы ДНК
В ДНК эукариот существует много таких сайтов (= сайты инициации репликации), и репликация может начинаться в каждом из них. Образующиеся сегменты эукариотической ДНК сшиваются друг с другом с помощью фермента ДНК-лигазы
Сайт ORIGIN репликации
