Слайд 1План лекции «Нуклеиновые кислоты»
1. Организация ДНК в клетке:
а) хроматин,
б) хромосомы,
в)
митохондриальная ДНК (кольцевая)
2. Потоки информации в клетке. Основная догма молекулярной
биологии.
Разновидность Н.К. Функции Н.К.
3. Общая характеристика нуклеиновых кислот:
а) полимеры;
б) мономеры;
в) размеры;
г) М. М.
д) линейная и пространственная организация;
е)локализация в клетке.
4. Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот:
а) азотистые основания,
б) пентозы,
в) ортофосфорная кислота,
г) нуклеозиды,
д) мононуклеотиды,
е) динуклеотиды,
ж) моно-, ди-, трифосфаты нуклеотидов.
5. Олигонуклеотиды, полинуклеотиды.
6. ДНК – уровни организации:
а) первичная структура;
б) вторичная структура;
в) третичная структура (модель Уотсона-Крика);
г) правила Чаргоффа;
д) полиморфизм ДНК;
е) комплементарность цепей;
ж) генетический код.
7. РНК – общая характеристика:
а) м-РНК;
б) т-РНК;
в) р-РНК.
8. Транскрипция.
9. Процессинг. Сплайсинг.
10. Ген. Общая характеристика.
11. Экспрессия генов.
12. Мутация ДНК.
13 Репарация ДНК.
14. Рекомбинация ДНК.
15. Генная инженерия.
Слайд 3Потоки информации
I. Репликация ДНК
Информация удваивается и в процессе деления (митоза
или мейоза) передаётся в дочерние клетки.
II. Транскрипция → Трансляция →
Экспрессия
Информация ДНК реализуется в конкретный материальный процесс (функцию).
Слайд 4Потоки генетической информации
Слайд 5Основная догма молекулярной биологии
Потоки информации направляются от ДНК к ДНК
или определённому белку
ДНК
↑
ДНК
↓
РНК
↓
Белок
Слайд 6Функции нуклеиновых кислот
1. Хранение генетической информации на основе генетического кода
ДНК.
2. Передача генетической информации на основе репликации и размножения ДНК.
3.
Обеспечение наследственной изменчивости на основе мутации и рекомбинации ДНК.
4. Поддержание постоянной структуры ДНК , генотипа и фенотипа на основе репарации ДНК.
5. Контроль клеточного метаболизма и функций на основе регуляции синтеза белков.
Слайд 7Пространственная структура и локализация нуклеиновых кислот
Слайд 8Схема структурной организации ядра
1. Оболочка ядра;
2. Внешняя мембрана;
3.
Внутренняя мембрана;
4. Гетерохроматин;
5. Эухроматин;
6. Пора ядерной оболочки;
7. Ядрышко, фибриллярный участок;
8.Ядрышко, глобулярный участок;
9. Шероховатая ЭПС;
10. Рибосомы;
11.Гладкая ЭПС;
12. Везикула;
13. Ядерная ламина;
14 Микрофилламенты;
15. Перинуклеарное пространство.
Слайд 9Хроматин
Генетический материал в интерфазном ядре находится в виде хроматиновых нитей.
Переплетаясь внутри ядра они образуют хроматиновую сеть. Количество хроматиновых нитей
соответствует диплоидному набору хромосом. Каждая нить обоими концевыми участками прикреплена к белкам ядерной ламины. Хроматиновые нити представляют собой комплекс ДНК и белков в соотношении 1:1.
Слайд 10Организация хроматина
Белки представлены основными – гистонами и кислыми (или нейтральными)
– негистоновыми белками. Известно пять разновидностей гистонов: Н1, Н2А, Н2В,
Н3 и Н4. Объединяясь между собой, четыре последних образуют белковые диски (гистоновый кор), на которые накручивается ДНК. Такая элементарная единица строения хроматина называется нуклеосомой. Гистон Н1 ответственен за компактную укладку нуклеосомной цепи. Он как бы стягивает нуклеосомы между собой.
Слайд 11Схема, иллюстрирующая образование нуклеосомной частицы
В каждой нуклеосомной частице фрагмент
двойной спирали ДНК, имеющий в длину 146 пар оснований, закручен
вокруг кора, представляющего собой гистоновый октамер. Этот белковый кор содержит по две молекулы каждого из гистонов Н2А Н2В Н3 Н4. В деконденсирован-ной форме хрома-тина каждая «бусина» (нуклеосома) свя-зана с соседней частицей ните-видным участком линкерной ДНК.
Слайд 13Хроматин обладает следующими свойствами:
- Высокой стабильностью структуры, что обеспечивает постоянство
генома из поколение в поколение.
- Способен связывать гистоновые и
негистоновые белки в зависимости от активности генома.
- Может изменять структуру в различные периоды клеточного цикла, т.е. развернутость и вытянутость спирали в интерфазном ядре, а затем сворачивание в спираль и укорачивание в делящемся ядре.
- Может существовать в виде эу- и гетерохроматина.
- Способен формировать хромосомы при делении клетки.
Слайд 14Хроматин выполняет следующие функции:
- Хранение генетической наследственной информации в виде
строгой последовательности нуклеотидов ДНК, стабилизованной белками и специальной упаковкой.
-
Перенос наследственных характеристик от родителей потомкам посредством формирования хромосом.
- Обеспечение роста клеток, поддержание их структуры и функций путем управления синтезом структурных белков.
- Контроль метаболизма путем регуляции образования необходимых ферментов.
- Формирование ядрышек, где образуются рибосомы.
Слайд 15Хромосомы
В интерфазном ядре генетический материал представлен хроматином.
Хромосомы (от гр.
Chroma - цвет, soma - тело) – это нитевидные плотные
тельца, видимые в световой микроскоп только во время деления клетки.
Они образуются в результате уплотнения и спирализации хроматина. Хроматин – это комплекс ДНК и белков в соотношении 1:1
Слайд 16Схема нескольких уровней упаковки ДНК, которые являются последовательными этапами формирования
плотно конденсированной метафазной хромосомы.
1 – двойная спираль ДНК;
2
– нуклеосомы;
3 - хроматиновая фибрилла;
4 – петли хроматиновых фибрилл;
5 - конденсированный участок хромосомы;
6 – метафазная хромосома.
Слайд 17Схема основных процессов превращения и распределения генетического материала во время
клеточного цикла.
G1 – хромосомы представлены одиночными хроматиновыми нитями (генетическая
формула - 2n2с);
S – после удвоения ДНК каждая гомологичная хромосома состоит из 2-х хроматиновых нитей (2n4с);
G2 удваиваются центриоли.
Митоз:
профаза – уплотнение хроматина и образование видимых под световым микроскопом хромосом; прометафаза – дезинтеграция оболочки ядра, формирование веретена деления;
метафаза – перемещение и локализация хромосом в центре клетки;
анафаза – расхождение хроматид к различным полюсам клетки;
телофаза – распределение хроматина хромосом, образование ниточек хроматина и формирование вокруг них оболочки; образование борозды деления материнской клетки.
Цитокинез – разделение материнской клетки на две дочерние (2n2с).
Слайд 19Митоз
Существует сложный механизм, по которому генетический материал в ядре вначале
удваивается (репликация ДНК) и затем разбивается на порции так, чтобы
каждое из двух дочерних ядер получило одну полную копию генетической информации. Этот механизм превращения и распределения генетического материала ядра называется митозом. Его биологическое значение заключается в точном и равномерном распределении дочерних молекул ДНК с содержащейся в них генетической информацией образовавшимися дочерними клетками. В результате этого ядра всех клеток организма содержат одинаковый по количеству и качеству набор хромосом.
Слайд 20 Все циклины делят на 2 подсемейства: G1-циклины (D, Е) и
митотические циклины (А и В). Любой из циклинов представлен группой
полиморфных белков, например циклин D представлен формами Dl, D2, D3. У каждого типа циклинов есть гомологичный участок из 100 аминокислотных остатков — «циклиновый бокс», отвечающий за связывание с циклинзависимой киназой (от англ. CDK — cyclindependent kinases). В клетках эукариотов существует примерно восемь различных CDK (CDK 1-8), активирующихся различными циклинами.
Циклинзависимые киназы, связывая циклин, переходят в активную форму и могут фосфорилировать специфические белки, например факторы транскрипции, белки-ингибиторы факторов транскрипции, которые регулируют синтез ферментов, обеспечивающих репликацию. Синтез каждого циклина начинается при подготовке к соответствующей фазе клеточного цикла, его концентрация в клетке повышается, а после окончания фазы резко падает до нуля. Завершившие свою работу комплексы циклинов и СОК связываются специфическими белками, ингибирующими их активность, и затем подвергаются разрушению.
Слайд 21Циклины и циклинзависимые киназы, регулирующие прохождение клеточного цикла
Слайд 22Четыре основных элемента последовательностей нуклеотидов ДНК, необходимых для образования и
функционирования эукариотических хромосом
Слайд 23Схема распределение сегментов в каждой из хромосом, составляющих человеческий кариотип
на стадии метафазы (первая хроматида) и на стадии ранней профазы
(вторая хроматида) митоза.
Слайд 24Формы хромосом в период метафазы.
а) метацентрическая; б) субметацентрическая; в)
акроцентрическая; г) телоцентрическая
Слайд 26Разновидность и биологическая роль нуклеиновых кислот
Слайд 27Сравнительная характеристика нуклеиновых кислот
Слайд 29Нуклеиновая кислота
(полинуклеотид)
+ НОН
Мононуклеотиды
+ НОН
Нуклеозиды + Н3РО4
+ НОН
Азотистые основания
+
пентозы
Слайд 30Структурные компоненты нуклеиновых кислот
1. Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, урацил,
тимин и др.
2. Пентозы: рибоза, дезоксирибоза.
3. Фосфорная кислота.
Слайд 32Азотистое основание + пентоза --- нуклеозид:
Аденин + (дезокси)рибоза ------ аденозин
Гуанин
+ (дезокси)рибоза -------- гуанозин
Цитозин + (дезокси)рибоза ------- цитидин
Урацил + рибоза
-------- уридин
Тимин + дезоксирибоза ------------ тимидин
Нуклеозид + Н3РО4 ------ нуклеотид
Слайд 35Пентозы
β-Д-рибоза
β-Д-дезоксирибоза
Слайд 41Физиологически активные мононуклеотиды
АМФ, АДФ, АТФ, Г ТФ, ЦТФ, ц АМФ,
ц ГМФ,
КоА, Флавиномононуклеоид
Динуклеотиды
ФАД, НАД, НАДФ
Слайд 43Пуриновые и пиримидиновые основания
Слайд 46Пурин - пиримидиновые пары оснований в ДНК
Слайд 53Макромолекула ДНК представляет собой две длинные полимерные цепи, состоящие из
мономеров дезоксирибонуклеотидов, прочно соединенных между собой ковалентными связями. Между азотистыми
основаниями двух цепей ДНК образуются водородные связи. При этом аденин одной цепи двумя водородными связями соединяется с тимином другой цепи, а гуанин – тремя водородными связями с цитозином. Такое соединение азотистых оснований обеспечивает прочную связь обеих цепей. Так образуется двойная спираль.
Слайд 54Схематическое строение молекулы ДНК
Слайд 55Нуклеотиды
В нуклеотиде пуриновое или пиримидиновое основание связано с дезоксирибозой
и остатком фосфорной кислоты. В ДНК содержатся следующие 4 типа
мононуклеотидов:
дезоксиаденозин монофосфат (дАМФ),
дезоксигуанин монофосфат (дГМФ),
дезокситимидин монофосфат (дТМФ),
дезоксицитозин монофосфат (дЦМФ).
Соединение нуклеотидов в каждой из цепей молекул ДНК происходит в результате взаимодействия фосфата одного нуклеотида с гидроксильной группой дезоксирибозы другого. В результате образуется фосфодиэфpирная связь, объединяющая нуклеотиды в длинную цепочку. Скелет цепи состоит из чередующихся молекул фосфата и пентоз.
Слайд 56Правила Э. Чаргаффа
Изучив химический состав ДНК в 1950 году,
Чаргафф обнаружил, что в молекуле ДНК:
1. Пурины и пиримидины всегда
равны в количественном отношении, т.е. А+Г=Т+Ц.
2. Количество аденина всегда равно количеству тимина, а количест-во гуанина всегда равно количеству цитозина, т.е. А=Т, Г=Ц.
Эти особенности химического состава ДНК легли в основу установления ее химических и физических свойств, пространственной структуры молекулы, а также механизма генетического кода.
Слайд 58Схематичес-кое изображе-ние двухце-почечной спиральной структуры молекулы ДНК
Слайд 59Уровни организации ДНК.
В молекуле ДНК можно выделить первичную структуру
– последовательность нуклеотидов в цепи, вторичную структуру – две комплементарные
антипараллельные цепи, соединенные водородными связями и третичную структуру - двойную спираль. Следует учитывать, что:
а) геометрия спирали ДНК зависит от последовательности нуклеотидов;
б) большая часть ДНК не кодирует белков или РНК;
в) каждый ген – это сложная функционально-активная единица, которая регулирует синтез РНК;
г) в молекуле ДНК информация заключена в линейной последовательности нуклеотидов. Она используется для образования такой же (комплементарной) линейной последовательности нуклеотидов РНК, а затем линейной последовательности аминокислот.
Слайд 60ДНК - это очень длинная (10 мм и более), тонкая,
накрученная на нуклеосомы, закрученная в спираль молекула. В ней в
линейном порядке расположены азотистые основания, сцепленные между собой водородными связями в две антипараллельные нити. Структура ДНК очень прочная и стабильная, практически не повреждается физическими или химическими агентами. По реакционной способности ДНК относится к группе химически неактивных веществ. Этим обеспечивается стабильность наследственной информацию, постоянство генотипов и фенотипов живых организмов на протяжении тысячелетий.
Слайд 61Две полинуклеотидные цепи ДНК не являются идентичными, но они комплементарны
друг другу. Это связано со строгим соответствием оснований одной цепи
основаниям другой. Расстояние между двумя цепями ДНК - 2 нм, что может вместить только одну пару А-Т или Г-Ц, соответствующих этим размерам. Только аденин и тимин, а также гуанин и цитозин имеют должные пространственные структуры для образования водородных связей. Концепция специфического связывания пар оснований утверждает, что аденин в одной цепи должен соответствовать тимину в другой, а гуанин в одной цепи должен иметь напротив себя цитозин в другой цепи.
Слайд 62Организация ДНК в клетке.
ДНК в клетке находится в ядре, где
организовано в виде хроматина (комплекс ДНК + белки).
Из хроматина формируются
хромосомы при подготовке к делению.
В зависимости от степени конденсации различают эухроматин и гетерохроматин.
В митохондриях обнаружена кольцевая ДНК.
Слайд 63 Свойства ДНК
Молекула ДНК обладает некоторыми уникальными свойствами:
1. Она удваивается.
Этот процесс называется репликацией. Он происходит во время S периода
интерфазы. Копии ДНК поровну распределяются в дочерние клетки в период митоза.
2. Она реализует свою генетическую информацию в процессе транскрипции. При этом на ДНК образуется различные молекулы РНК, которые непосредственно участвуют в синтезе белков.
3. Время от времени ДНК способна к мутации - внезапному и быстрому изменению структуры генов, что обеспечивает изменчивость.
4. Молекулы ДНК способны к рекомбинации аллельного состава в результате кроссинговера, что обеспечивает разнообразие гамет и потомков.
5. В случае повреждения ДНК может восстановить себя. Этот процесс называется репарацией. Он поддерживает стабильность генетической информации.
ДНК – это макромолекула, имеющая большую молекулярную массу. Она является полимером, состоящим из нуклеотидов. В состав нуклеотида входят: а) молекулы двух типов азотистых оснований: пурины - аденин (А) и гуанин (Г), либо пиримидины - тимин (Т) и цитозин (Ц); б) молекулы дезоксирибозы (пентозы); в) остатки фосфорной кислоты.
Слайд 64Комплементарность
– строгое соответствие азотистых оснований одной цепи ДНК другой
(А – Т, Г – Ц) или образуемой РНК (А
– У, Г – Ц).
На основе комплементарности протекают матричные процессы:
1. Репликация ДНК.
2. Репарация ДНК.
3. Транскрипция ДНК.
4. Трансляция м-РНК.
Слайд 65Генетический код
– строгая последовательность триплетов (кодонов) в ДНК и
м-РНК, контролирует порядок расположения аминокислот в белке.
А, Г, Т, Ц
могут образовать 43 = 64 триплета.
Слайд 66Характеристика генетического кода
1. Триплетность.
2. Специфичность.
3. Неперекрываемость.
4. Универсальность.
5. Избыточность.
6. Колинеарность.
7.
Однонаправленность.
8. Наличие «старт» кодона АУГ.
9. Наличие «стоп» кодонов УАА, УАГ,
УГА.
Слайд 67Колинеарность – свойство, обусловливающее соответствие между последовательностями триплетов нуклеотидов (кодонов)
нуклеиновых кислот и аминокислот полипептидных цепей. Это свойство обеспечивает ту
же последовательность аминокислот в белке, в какой соответствующие кодоны располагаются в гене. Следовательно, положение аминокислоты в полипептидной цепи белка зависит от положения соответствующего триплета в гене.
Слайд 69Кольцевая молекула митохондриальной ДНК
Слайд 70Общая характеристика РНК
У прокариотических и эукариотических организмов наследственная информация закодирована
в молекуле ДНК. Однако ДНК, вследствие больших размеров, не принимает
непосредственного участия в жизнедеятельности клеток. Роль посредников в передаче наследственной информации от ДНК в цитоплазму выполняют рибонуклеиновые кислоты. Передачу наследственной информации, хранящейся в ДНК, через синтез РНК в полипептидные цепи белков можно представить в виде схемы: ДНКРНКбелок. Одна из цепей ДНК служит матрицей для молекул РНК, которые, в свою очередь, являются матрицами синтеза белков, либо входят в состав рибосом, либо переносят аминокислоты. . РНК некоторых вирусов является носителем наследственной информации вместо ДНК. Некоторые РНК обладают каталитической активностью.
Слайд 71РНК – полимер, состоящий из рибонуклеотидов, которые содержат азотистое основание
(аденин, гуанин, цитозин, урацил), рибозу и остаток фосфорной кислоты. Рибоза,
взаимодействуя с остатками фосфорной кислоты другого нуклеотида, образует цепь, на которой расположены азотистые основания. Все виды РНК синтезируются на молекулах ДНК при участии РНК-полимераз и многих других ферментов. По принципу комплементарности в синтезируемой молекуле РНК напротив аденина молекулы ДНК встраивается урацил, напротив гуанина ДНК в молекулу РНК встраивается цитозин, напротив тимина ДНК в РНК становится аденин. Если содержание ДНК в клетках постоянно, то содержание РНК сильно колеблется в зависимости от типа клетки, интенсивности метаболизма и синтеза белков. Молекулы РНК имеют много общего со структурой ДНК, но отличаются рядом признаков:
а) пентозой РНК является рибоза;
б) РНК не содержат тимина, его место занимает урацил;
в) РНК – одноцепочная молекула.
Слайд 74Характеристика РНК
м-РНК – является матрицей, на которой строится полипептид. Имеют
линейную структуру. Содержит 300-3000 нуклеотидов. Составляет 0,5-3% от общей массы
РНК.
т-РНК – узнают и переносят соответствующие аминокислоты к месту синтеза белков. Имеют структуру клеверного листа. Содержит 75-90 нуклеотидов. Составляет 10-15% от общей массы РНК.
Имеет 4 ключевые области: 1) несущий АМ конец; 2) распознающий участок (антикодон); 3) участок связывания фермента аминоацил т-РНК синтентазы; 4)участок связывания с рибосомой.
р-РНК – входит в состав рибосом.
Имеет разветвлённую структуру. Образуется в ядрышке.
Содержит 3000-5000 нуклеотидов. Составляет до 90% от общей массы РНК. Обеспечивает связывание м-РНК рибосомой
Слайд 75Матричная РНК (мРНК)
Молекулы мРНК образуются на специфических участках ДНК,
называемых структурными генами. Они несут в цитоплазму закодированную инструкцию о
первичной структуре белков –последовательности аминокислот в полипептидных цепях. мРНК соединяется с рибосомами и использует эту информацию для синтеза белков. Матричная РНК является шаблоном, на котором строятся полипептиды в соответствии с заложенной в ней генетической информацией. Обычно она несет информацию о синтезе только одной разновидности белка. Порядок расположения аминокислот кодируется последовательностью нуклеотидов молекулы мРНК (генетический код). Каждой аминокислоте соответствует свой триплет нуклеотидов (кодон). Молекулы мРНК состоят примерно из 300-3000 нуклеотидов. В общей массе они составляют 0,5-3,0% от общего количества РНК клетки.
Слайд 76Процессинг – молекулярные механизмы «созревания» м-РНК
ДНК
промотор экзон интрон экзон интрон экзон терминатор
Транскрипция
экзон интрон экзон интрон экзон про-иРНК
Процессинг
экзон экзон экзон и-РНК
Трансляция
Полипептидная цепь
Слайд 77Транспортная РНК (тРНК)
Молекулы тРНК образуются на особых генах ДНК. тРНК
короткие, однонитевые, имеют форму клеверного листа из-за комплементарного соединения оснований
на разных участках цепи. Состоит из небольшого числа нуклеотидов – 75-90. Из общей массы РНК тРНК составляет ~10-15%. Молекулы тРНК переносят к местам синтеза белков соответствующие только им аминокислоты из фонда аминокислот в цитоплазме. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая некоторые особенности нуклеотидной последовательности и пространственной структуры. Известна 31 разновидность тРНК.
Основной функцией тРНК является:
точное узнавание определенного кодона в мРНК и
доставка строго определенной аминокислоты к месту синтеза полипептида.
Слайд 81Молекулы тРНК имеют четыре ключевые области:
а) несущий конец. В
этом месте к ней присоединяется специфическая аминокислота. Он образован двумя
комплементарными концевыми участками РНК. Состоит из 7 пар оснований. 3' конец этого участка длиннее и формирует одноцепочный участок, заканчивающийся ЦЦА последовательностью со свободной ОН-группой. К этой группе присоединяется транспортируемая аминокислота.
б) распознающий участок. Состоит из пяти нуклеотидов. В центре имеет 3 специфических рибонуклеотида (триплет). Этот триплет называется антикодоном. Азотистые основания антикодона комплементарны триплету на цепи мРНК. Комплементарный антикодону тРНК триплет на цепи мРНК называется кодоном. В период синтеза белка антикодон находит соответствующий ему кодон на мРНК и временно присоединяется к нему водородными связями.
в) участок присоединения фермента. Специальная часть молекулы тРНК для специфического связывания с ферментом аминоацил-тРНК синтетазой, который катализирует присоединение аминокислоты к молекуле тРНК.
г) участок связывания с рибосомой. Особая часть молекулы (определенная последовательность нуклеотидов) тРНК, служащая для прикрепления к рибосоме.
Слайд 82Рибосомальная РНК (рРНК)
Рибосомальная РНК образуется на особых генах ДНК
в ядрышке. рРНК - крупная одноцепочечная разветвленная молекула, включающая 3000-5000
нуклеотидов. Из общей массы РНК на ее долю приходится до 90%. В кариоплазме рРНК и различные белки объединяются в соотношении 1:1 для образования малых и больших субъединиц рибосом. Рибосомальная РНК образует структурный «каркас» рибосомы, ей принадлежит важная роль в инициации, элонгации и терминации процесса синтеза белков. рРНК обеспечивают связывание мРНК с рибосомами с помощью определенных последовательностей нуклеотидов. Многие белки рибосом выполняют не только структурную, но и ферментативную роль.
Слайд 83Строение эукариотических и прокариотических рибосом
Слайд 84Репликация ДНК - сложный, многоступенчатый процесс, требующий вовлечения большого числа
специальных белков и ферментов.
Скорость репликации у эукариот составляет ~50 нуклеотидов
в секунду, а у прокариот – до 2000 нуклеотидов в секунду. Точность репликации основана на комплементарном взаимодействии азотистых оснований матричной и строящейся цепи и контролируется самокорректирующей ДНК-полимеразой, устраняющей ошибки синтеза. Продолжительность процесса удвоения генетического материала составляет около 10 часов.
Слайд 85Общая характеристика процесса репликации
Уникальное свойство молекулы ДНК удваиваться перед делением
клетки называется репликацией. Это свойство обусловлено особенностью строения молекулы ДНК,
состоящей из 2-х комплементарных цепей. Репликация происходит в ядре во время S фазы клеточного цикла. В это время хромосомы находятся в виде хроматина и под световым микроскопом неразличимы.
Репликация ДНК – важнейший молекулярный процесс, который лежит в основе всех разновидностей деления клеток, всех типов размножения, а значит, в основе обеспечения длительного существования отдельных индивидуумов, популяций и всех видов живых организмов. После репликации образуются две дочерние молекулы, идентичные родительской. Каждая дочерняя молекула состоит из одной старой (родительской) цепи и одной новой цепи. Поскольку только одна родительская цепь сохранена в каждой дочерней молекуле, такой тип репликации назван полуконсервативным.
Слайд 86Полуконсервативный механизм репликации ДНК.
Каждая из двух цепей родительской молекулы
ДНК используется в качестве матрицы для синтеза новых комплементарных цепей
Слайд 88Репликация ДНК – удвоение молекулы перед делением клетки.
Образуются две дочерние
молекулы, идентичные материнской.
Каждая состоит из одной новой и одной материнской
цепи – полуконсервативный путь синтеза.
Основные ферменты: топоизомераза, геликаза, праймаза, ДНК-полимераза, эндонуклеаза.
Инициация:
а) активация дезоксирибонуклеотидов;
б) образование точки инициации;
в) образование одиночных цепей.
Элонгация:
а) спаривание оснований;
б) образование новых цепей;
в) образование праймеров;
г)редактирование.
Терминация – образование двойной спирали
Слайд 89Инициация репликации
Активация дезоксирибонуклеотидов. Монофосфаты дезоксирибонуклеотидов (АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ) находятся
в состоянии "свободного плавания" в ядре и являются "сырьем" для
синтеза ДНК. Для включения в ДНК они активируются в результате взаимодействия с АТФ. Эта реакция называется фосфорилированием и катализируется ферментом фосфорилазой. При этом образуются трифосфаты дезоксирибонуклеотидов, а именно АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ. В таком виде они способны к полимеризации.
Слайд 90Распознавание точки инициации
Раскручивание ДНК начинается с определенной точки ее
цепи. Такая особая точка называется точкой инициации репликации (специальная последовательность
нуклеотидов). Определяют точку инициации специфические белки-инициаторы. У вирусов и прокариот имеется только одна точка инициации. У эукариот, имеющих большие молекулы ДНК, может быть много точек инициации репликации, которые, в конце концов, сливаются друг с другом при полном разъединении цепей ДНК.
Слайд 91Распознавание точки репликации
Репликация обеих цепей двухцепочной ДНК идет одновременно
и непрерывно
Слайд 92Схема процесса репликации ДНК и главные типы белков, действующих в
области репликационной вилки
Слайд 93Образование одиночных нитей ДНК
Двойная спираль ДНК раскручивается и разворачивается в
одиночные нити ДНК путем разрыва слабых водородных связей между комплементарными
основаниями. Это обеспечивают ферменты геликазы. Оголенные основания А, Т, Г и Ц обоих цепей проектируются в цитоплазму. Ферменты, называемые топоизомеразами, разрывают и заново сшивают отдельные нити ДНК, помогая раскручиванию спирали. Благодаря разъединению цепей ДНК образуются репликационные вилки. Новые нити ДНК образуются на каждой из освобожденных цепей. Их рост происходит в противоположных направлениях
Слайд 94Элонгация полинуклеотидной цепи
Спаривание оснований. Свободные трифосфаты дезоксирибонуклеотидов своими азотистыми основаниями
с помощью ДНК-полимеразы присоединяются водородными связями к соответствующим азотистым основаниям
одиночной цепи ДНК в соответствии с правилом комплементарности, т. е. А-Т, Ц-Г . Тринуклеотиды, присоединяясь к каждой одиночной цепи ДНК, разрывают свои внутренние высокоэнергетические связи и образуют монофосфаты дезоксирибонуклеотидов (мононуклеотиды), которые являются обычными компонентами ДНК. При этом в нуклеоплазму высвобождаются освободившиеся пирофосфатные молекулы (P~P).
Слайд 95Элонгация – основной процесс при синтезе новых молекул ДНК. Это
добавление дезоксирибонук-леотида к 3' – концу растущей цепи (выделено цветом).
Основным фактором этого процесса является ДНК-полимераза.
Слайд 96Образование новых цепей ДНК
Соседствующие нуклеотиды связываются между собой фосфорными
остатками и образуют новую цепь ДНК. Процесс катализируется ферментом ДНК-полимеразой.
При этом необходимо присутствие ионов металлов Mn2+ или Mg2+. ДНК-полимераза может полимеризовать дезоксирибонуклеотиды только в направлении 5'-3', т. е. от углеродного конца 5' к углеродному концу 3' молекул ДНК. Новая нить называется ведущей. На другой родительской нити образуются короткие сегменты (фрагменты Оказаки) ДНК также в направлении 5'-3'. Позже они соединяются вместе, образуя длинную отстающую нить.
Слайд 97 Схема образо-вания прайме-ров второй цепи ДНК и син-теза
отста-ющей дочерней цепи
Слайд 98Образование праймеров. На отстающей нити сначала образуется короткая цепь РНК
по шаблону ДНК (рис. 4.10). Она называется РНК-праймером и содержит
последовательность из 10-60 нуклеотидов. Фермент праймаза катализирует полимеризацию строительных блоков РНК (А, У, Г, Ц) в праймере. РНК-праймер образуется потому, что ДНК-полимераза не может инициировать синтез новой нити ДНК в отстающей цепи, она только может катализировать ее рост. Праймеры затем удаляются, а образовавшиеся «пустоты» заполняются дезоксирибонуклеотидами, что обеспечивает построение второй цепи. На месте праймеров образуются фрагменты новой цепи ДНК, называемые фрагментами Оказаки, состоящие из 100-200 нуклеотидов. Эти фрагменты лигируются (сшиваются) полинуклеотидлигазами, в результате чего образуется вторая полноценная цепь.
Редактирование. Строгая комплементарность пар оснований обеспечивает точную репликацию ДНК. Однако иногда возникают ошибки в присоединении оснований. Они удаляются ДНК-полимеразой, которая для этих целей вновь связывается с молекулами ДНК (репарация).
Слайд 99Образование двойной спирали. Терминация.
Дочерние цепи ДНК образуются отдельными фрагментами
по длине хромосомы. Такой отдельный фрагмент удваивающейся ДНК на одной
хромосоме называется репликоном. Обычно возникает сразу несколько репликонов, причем асинхронно и в различных ее участках. Процесс репликации затрагивает все хромосомы кариотипа и протекает практически одновременно, примерно с одинаковой скоростью. После завершения репликации в репликонах они сшиваются ферментами в одну цепь ДНК. В делящейся клетке человека образуется более 50000 репликонов одновременно. Благодаря наличию большого числа репликонов скорость процесса увеличивается в тысячи раз. Образовавшиеся молекулы ДНК отделяются, и каждая дочерняя нить ДНК скручивается вместе с материнской в двойную спираль. Так образуются две новые молекулы ДНК, идентичные материнской.
Слайд 100 Значение репликации:
а) процесс обеспечивает точное удвоение генетическое информации;
б) процесс является важнейшим молекулярным механизмом, лежащим в основе всех
разновидностей деления клеток про- и эукариот;
в) процесс лежит в основе всех типов размножения как одноклеточных, так и многоклеточных организмов;
г) процесс поддерживает постоянство клеточного состава органов, тканей и организма за счет физиологической регенерации;
д) процесс обеспечивает длительное существование отдельных индивидуумов;
е) обеспечивается длительное существование всех видов организмов;
ж) в процессе репликации возможны ошибки (мутации), что может приводить к нарушениям синтеза белков и последующим патологиям.
Слайд 101Трансляция – перенос генетической информации с РНК на упорядоченую структуру
АМ в полипептидной цепи.
Синтез белков – процесс образования полипептидной цепи
на рибосомах по инструкции и-РНК.
Рибосомы – объединяют в пространстве и времени все вещества необходимые для образования протеинов.
Полисомы – несколько рибосом одновременно связанных с одной и-РНК.
Слайд 102Транскрипция – перенос информации с ДНК на РНК.
Синтез РНК –
процесс образования полинуклеотидной цепи. Скорость – 30-45 нуклеотидов в сек.
Инициация
– разделение на 2 цепи, связывание РНК-полимеразы, активация мононуклеотидов.
Элонгация – присоединение нуклеотидов к матричной цепи по принципу комплементарности, соединение нуклеотидов между собой РНК-полимеразой.
Терминация – остановка синтеза по достижению стоп-кодона, отделение РНК от матричной цепи.
Транскриптон (ГЕН)
промотор кодирующая область терминатор регулятор
