Лекция - Организация наследственного материала. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Тема: О

n Эволюция понятия "ген".

o Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информа-

ции.

p Гипотеза "один ген - один фермент".

q Строение и функции нуклеиновых кислот.

r Центральная догма молекулярной биологии.

s Репликация ДНК.

t Генетический код и его свойства.

u Реализация генетической информации в клетке. Биосинтез белка.

c Ген - участок молекулы ДНК, определяющий последовательность

аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в РНК.

1865г. Мендель – наследственные задатки организма.

Начало XX в. Вейсман, Бэтсон - гены стабильны и неизменяемы.

1901г. де Фриз – самопроизвольность изменений наследственных задатков.

1902г. Бовери и Сеттон - связь наследственных факторов с хромосомами.

1909г. Иогансен – понятие "ген".

1911г. Морган – гены расположены в хромосомах.

1925г. Надсон и Филиппов - индуцированные мутации.

1928 г. Н. К. Кольцов – ген – это участок белковой молекулы.

1928 г. Гриффитс – опыты по трансформации бактерий.

1941 г. Бидл и Татум – гипотеза "один ген – один фермент".

1952г. Циндер и Ледерберг – опыты по трансдукции вирусов.

1953г. Уотсон и Крик – химическая природа гена (модель строения ДНК).

В конце 50-х годов XX века С. Бензер - ген дискретен (имеет субъеди-

ницы: мутон, рекон, цистрон.

В 60-е годы XX века Ниренберг, Очоа, Корана – генетический код.

d 1928 г. Гриффитс – опыты по трансформации бактерий.

1944г. Эйвери уста-

новил химическую

природу вещества,

трансформирующего

наследственные

свойства бактерий.

Свойство вирулент-

ности от одного

штамма пневмокок-

ков к другому пере-

дается фрагментами

ДНК.

Трансформация - способность штамма бакте-

рий встраивать участки ДНК другого штамма и

приобретать при этом его свойства.

1952г. Циндер и Ледерберг – опыты по трансдукции бактерий.

Триптофа

синтезирующий

штамм +

бактериофаг

(лизогенный)

Триптоф

несинтезирующий

штамм

Бактериальный

фильтр

Трансдукция - спо-

собность бактерио-

фагов переносить

фрагменты ДНК от

одного штамма бак-

терий к другому и

передавать соот-

ветствующие свой-

ства.

Трансформация и трансдукция доказали роль ДНК в передаче наслед-

ственной информации.

В 1941 г. Бидл и Татум установили, что гены детрмини-

руют синтез ферментов, которые через клеточный метаболизм

влияют на развитие морфологических и физиологических

признаков. Они предложили гипотезу:

Гипотеза оказалась не совсем верной и в настоящее время

она трактуется следующим образом:

Один ген - один фермент

Один ген - один полипептид

так как ген не всегда детерминирует синтез целой белковой мо-

лекулы, а чаще всего одной полипептидной цепочки, из совокуп-

ности которых образуется фермент.

′

f НК - это биополимеры построенные из нуклеотидов.

Согласно модели Уотсона и Крика (1953 г.), ДНК состоит из

2 полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси с

образованием двойной спирали, d=1,8-2,0

нм. Расстояние между нуклеотидами в цепи =

3,4 А.

′

Нуклеотид ДНК состоит из:

1) пятиуглеродного сахара - дезоксирибозы,

2) остатка фосфорной кислоты,

3) азотистого основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин).

Основу каждой спирали формирует сахаро-фосфатный

остов, образованный фосфодиэфирными связями, рас-

положенными между С

3′ дезоксирибозой одного нуклео-

тида и С

5′другого. Цепи антипараллельны, т. е. направле-

ния образования связей в них противоположны: в одной

цепи от 5′ к 3′, в другой от 3′ к 5′.

Азотистые снования нуклеотидов,

присоединенные к С

1′ дезоксирибозы, направлены

внутрь спирали, между ними возникают водородные

связи, поддерживающие вторичную структуру

молекулы ДНК. Химическая природа азотистых

оснований разная: пурины – аденин (А) и гуанин (Г),

пиримидины – тимин (Т) и цитозин (Ц). Образование

водородных связей строго упорядочено и происходит в

соответствии с принципом комплементарности: между

А и Т образуется 2 связи (А=Т), между Г и Ц – 3 (Г≡Ц).

Комплементарность лежит в основе закономерностей

нуклеотидного состава ДНК (правила Чаргафа):

¾ А=Т и Г=Ц;

¾ А+Г = Ц+Т;

Свойства ДНК: репликация и репарация.

Функции ДНК: хранение и воспроизведение генетической информации.

РНК представляет собой полинуклеотид. Структура РНК сходна с ДНК,

но имеются следующие отличия: вместо дезоксирибозы - рибоза; вместо

тимина - урацил; РНК представлена 1 цепочкой (у вирусов - двумя).

т-РНК составляют 10-20% всей РНК клетки, состоит из

75-95 нуклеотидов. По форме молекула напоминает “лист

клевера”, образована короткими двуххцепочечными фраг-

ментами, (“стебли”); другие участки остаются одноцепочеч-

ными, формируя “петли”. Антикодоновая петля имеет специ-

фический триплет (антикодон). Акцепторный стебель – место

прикрепления транспортируемой АК. Функция т-РНК: транс-

порт АК из цитоплазмы в рибосомы.

и-РНК составляют 3-4% от всей РНК. Они переносят

информацию от гена к рибосомам, выполняя роль матриц для синтезируе-

мого полипептида. И-РНК состоит из 1 цепи, длина которой зависит от длины

полипептида, который должен синтезироваться на этой матрице.

р-РНК составляет 80-85% от всей РНК. Участвует в формировании ри-

босом и обеспечивает контакт и-РНК и т-РНК в процессе трансляции.

ДНК РНК белок

g Путь передачи информации от ДНК к РНК и белку, Крик (1958) назвал

"центральной догмой

молекулярной биологии":

Транскрипция Трансляция

ДНК и-РНК белок

Репликация

В 1960 г. Жакоб и Моно высказали предположение, что такая гипотеза

неверна, так как р-РНК не может служить матрицей для сборки белка, и толь-

ко и-РНК является посредником между ДНК и белоксинтезирующей систе-

мой. Открытие механизма репликации ДНК и обнаружение ДНК-зависимой

РНК-полимеразы изменили

формулу догмы:

В 1975 г. Дульбеко, Темин и

Балтимор открыли явление

обратной транскрипции (пе-

редачи информации от и-

РНК к ДНК с помощью об-

ратной транскриптазы (ре-

вертазы)), открытой у РНК-содержащих вирусов и эукариотических клеток.

Транскрипция Трансляция

ДНК и-РНК белок

Репликация

Обратная

транскрипция

h Репликация ДНК - протекает в S период интерфазы полуконсерва-

тивным способом. Новая молекула ДНК состоит из 1 «старой» цепочки и 1

«новой».

Репликация одновременно начинается в нескольких местах молекулы

ДНК. Участок ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой,

называется репликоном. Нуклеоид бактерий

содержит 1 репликон, хромосомы эукарит - много

репликонов.

′

″

Дочерние

″

спирали ДНК

Репликационная

вилка

″

Материнская

″

спираль ДНК

НК-полимераза

″

Материнская

″

спираль ДНК

Репликон имеет

контролирующие элементы:

точка начала (инициируется репликация), точка

окончания (репликация останавливается). Точка, в

которой происходит репликация - репликационная

вилка. Она движется вдоль молекулы ДНК от точки

начала.

В каждой вилке синтез новых цепей ДНК ведут одновременно

несколько ДНК-полимераз, движущихся в противоположных направлениях.

Это антипараллельный и прерывистый принцип синтеза.