|
Тема № 7: Молекулярно-генетические основы онтогенезаУ всех живых организмов, за исключением РНК-вирусов, носителем генетической информации является ДНК. Функции ДНК: хранение, реализация и передача генетической информации в ряду поколений. В клетке 99% ДНК локализовано в ядре, в составе хромосом, остальная часть ДНК находится в митохондриях, клеточном центре и пластидах растительной клетки. Впервые ДНК была выделена из ядер клеток гноя Ф. Мишером в 1869 г., а строение ДНК было окончательно расшифровано с помощью метода рентгеноструктурного анализа Уотсоном, Криком и Уилкинсом только в 1953 г. Но до сегодняшнего дня идёт накопление информации об особенностях функционирования ДНК в организме. Ведь как сказал Ф. Крик: «Значение ДНК столь велико, что никакое знание о ней не будет полным». ДНК – это 2-хцепочечная молекула, биополимер, мономером каждой цепи является нуклеотид. Нуклеотид – это сложное химическое соединение. Состав нуклеотида ДНК: углевод дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из 4 азотистых оснований – аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). А и Г – это пуриновые основания, а Т и Ц – пиримидиновые. Таким образом, в состав ДНК входят 4 типа нуклеотида, различающихся по азотистому основанию. Первичная структура ДНК – это последовательность чередования нуклеотидов в цепи ДНК. Нуклеотиды связаны друг с другом ковалентными (фосфодиэфирными) связями: между фосфатной группой одного нуклеотида и дезоксирибозой другого. Вторичная цепь ДНК: это наличие у молекулы ДНК двух полинуклеотидных цепей. Цепи ДНК комплементарны и атипараллельны друг другу. Антипараллельность: одна цепь ДНК идёт в направлении 5’-3’ (смысловая), а другая в направлении 3’-5’. Концы ДНК нумеруются по свободному атому С дезоксирибозы, то есть по атому не участвующему в образовании межнуклеотидной связи. Комплементарность - это пространственное и химическое соответствие нуклеотидов друг другу. В соответствии этому принципу в молекуле ДНК напротив А находится Т, а напротив Г – Ц. Комплементарные пары нуклеотидов соединяются за счёт водородных связей (Н-связи) между азотистыми основаниями: 2 между А и Т, 3 между Г. и Ц. Третичная структура ДНК - это двойная правозакрученная спираль, поддерживаемая за счёт водородных связей. На один оборот спирали приходится 10 пар оснований, длина шага 3,4 нм, диаметр спирали ДНК – 2 нм. Рис.: Строение ДНК одна полинуклеотидная Н-связь одна полинуклеотидная цепь цепь О Фосфат А (аденин) Г (гуанин)
Дезоксирибоза Т (тимин) (сахар) Ц (цитозин) – – – – – – Водородные связи Свойства ДНК: 1. Редупликация (самоудвоение). Редупликация происходит в синтетический период интерфазы. Существует 3 механизма этого процесса: консервативная, полуконсервативная и дисперсионная редупликация. Наиболее распространённой является полуконсервативная редупликация, при которой во вновь синтезированной молекуле ДНК одна цепь является старой, материнской, а другая новой. При консервативной редупликации одна молекула ДНК полностью состоит из старых цепей, а другая молекула ДНК из полностью вновь синтезированных цепей, при дисперсионном механизме дочерняя молекула ДНК состоит из старых и новых кусочков ДНК. Дисперсионная и консервативная редупликация характерна только для ряда вирусов. Этапы полуконсервативной редупликации: 1. раскручивание спирали ДНК с разрушением водородных связей и образованием редупликативной вилки. Этот процесс проходит при участии фермента ДНК-хеликазы и особых дестабилизирующих белков, которые связываются с 1-цепочечной нитью ДНК и препятствует образованию водородных связей; 2. синтез новой цепи по принципу комплементарности на матрице материнской цепи ДНК с помощью фермента ДНК-полимераза. Этот фермент может работать только в направление 5’-3’ концу. Вторая цепь синтезируется в обратном направлении отдельными фрагментами – фрагменты Оказаки.; 3. сшивание фрагментов Оказаки при помощи ферментов лигаз. У большинства организмов редупликация идёт полиреплеконно, то есть с образованием множества редупликационных вилок, что резко ускоряет редупликацию. 2. Репарация (самовосстановление ДНК после повреждений). Существует несколько механизмов репарации, но основной является экзисцизионная репарация. Её этапы: 1. вырезание измененного участка ДНК с помощью особых ферментов ДНК-репарирующих нуклеаз, 2. по матрице сохранённой цепи ДНК по принципу комплементарности с помощью фермента ДНК-полимераза строится недостающий фрагмент, 3. вновь синтезированный участок вшивается в цепь ДНК при помощи ферментов лигаз. При снижении активности репарационных систем ДНК резко ускоряется мутационный процесс, что ведёт к старению и возникновению онкологических заболеваний. Система записи генетической информации в виде определённой последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК называется генетическим кодом. Явление соответствия порядка нуклеотидов в молекулеДНК порядку аминокислот в молекуле белка называется коллинеарностью. Свойства генетического кода
Всего в генетическом коде 64 кодона, из них 61 смысловой, кодирующий аминокислоты, и 3 "нонсенс" кодона – сигнала к окончанию синтеза белка. РНК: В настоящее время в клетке открыто около 20 типов РНК, но основными являются 3: 1) рибосомальная РНК (р-РНК), входит в состав рибосом, принимает участие в биосинтезе белка, 2) транспортная РНК (т-РНК), отвечающая за транспорт аминокислот к рибосомам, 3) информационная или матричная РНК (и-РНК)– посредник в передачи генетической информации между ДНК и белком. Строение РНК – одноцепочечнная молекула, биополимер, мономером которого является нуклеотид. Состав нуклеотида РНК: углевод рибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из 4 азотистых оснований аденин, урацил, гуанин или цитозин. Структурно-функциональная единица наследственности – ген. Ген – это участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одной полипептидной цепи, молекуле т-РНК или р-РНК. У прокариот ген имеет цистронное строение, то есть любой участок молекулы ДНК несёт генетическую информацию. У эукариот ген имеет сложное мозаичное строение. В гене эукариот различают смысловые участки – экзоны и участки не несущие генетической информации – интроны. Наличие интронов – это один из антимутационных барьеров эукариот. В связи с особенностями строения гена схема реализации генетической информации у про и эукариот различна. У ПРОКАРИОТ:
транскрипция трансляция ДНК и-РНК БЕЛОК (цистрон)
У ЭУКАРИОТ: транскрипция процессинг ДНК про-и-РНК и-РНК
(интроны, экзоны)
трансляция
БЕЛОК У прокариот транскрипция и трансляция не разделены во времени и пространстве, у эукариот разделены: транскрипция и процессинг протекают в ядре, трансляция в цитоплазме. Транскрипция – это синтез и-РНК по принципу комплементарности по матрице ДНК. Основной фермент транскрипциии – РНК-полимераза. Процессинг – это преобразование про-и- РНК, содержащей и экзоны и интроны, в зрелую и-РНК, содержащей только экзоны. Этапы процесинга: 1) распад молекулы про-и-РНК на интроны и экзоны при участии ферментов рестриктаз; 2) сплайсинг – сшивание экзонов при участии ферментов лигаз; 3) присоединение к молекуле и-РНК функционально активных групп: шапочки, необходимой для связывания с рибосомой и полиаденинового хвоста, защищающего молекулу и-РНК от преждевременного разрушения; 4) образование информосомы: комплекса и-РНК с белком-переносчиком, выносящим и-РНК из ядра. Альтернативный сплайсинг – различная последовательность сшивания экзонов одного гена, в результате чего один ген может кодировать несколько полипептидов. Трансляция – это биосинтез белка на рибосомах, находящихся на стенках гранулярной ЭПС. В состав белков всех живых организмов может входить только 20 различных типов аминокислот, применительно к человеку эти аминокислоты делятся на незаменимые, то есть не способные синтезироваться в организме человека (поступление этих аминокислот с пищей обязательно), и заменимые.
Вопросы для самоконтроля:1. Каковы основные различия в химическом строении ДНК и РНК? 2. Назовите мономер ДНК, расшифруйте его строение. 3. Назовите функции 3 основных видов РНК. 4. Перечислите и расшифруйте свойства генетического кода. 5. Белок состоит из 141 аминокислоты. Сколько нуклеотидов входит в состав гена, кодирующего данный белок? 6. Объясните роль экзонов и интронов в строении гена эукариот. 7. Запишите схемой экспрессию генов (поток информации) у про и эукариот. 8. Дайте определение и назовите этапы процессинга. 9. Назовите основной фермент транскрипции. 10. Что является мономером белка?
ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|