ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КРАСНОЯРСКИЙ МЕДИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ» Компьютерная лекция 3 Свойства ДНК Дисциплина «Молекулярная биология» Специальность «Лабораторная диагностика» Красноярск, 2010 Выполнил преподаватель «Лабораторной диагностики» Бондарева Л. В.

План 1.Свойства генетического кода. 2.Репликация ДНК и его механизм. 3.Репарация ДНК, химическая стабильность. 4.Генные мутации: -замена азотистых оснований -сдвиг рамки считывания -инверсия 5.Рекомбинация (мутон, рекон). 6.Механизм транскрипции (транскрипционная вилка).

Генетический код Способ записи информации о первичной структуре белков через последовательность нуклеотидов ДНК и РНК Полностью расшифрован к 1966

Физик-теоретик 1954 Сформулировал проблему кода и предположил его триплетность. Георгий Антонович Гамов ( ) История открытия генетического кода

Проблема Алфавит белков 20 а.к. Алфавит ДНК и РНК 4 нуклеотида

Обоснование триплетности кода Гамовым Моноплетный 1 4 Сколько а.к. можно закодировать Дуплетный Триплетный н.а.к.

История открытия генетического кода Маршалл Ниренберг Гобинд Корана Роберт Холли Нобелевская премия 1968

Har Gobind Khorana Robert W. Holley

Симпозиум в Колд-Спринг-Харборе. Фрэнсис Крик представил результат коллективного труда нескольких лабораторий – таблицу генетического кода. 1966

Свойства кода Триплетность Неперекрываемость Отсутствие межкодонных знаков препинания Наличие межгенных знаков препинания Однозначность Вырожденность (избыточность) Помехоустойчивость Универсальность

Свойства кода 1. Триплетность Триплет = кодон – тройка нуклеотидов, кодирующая одну а.к. 5' ЦУГ 3 Направление чтения Число триплетов – 64 Записываются в символах РНК и ДНК

Неперекрывающийся код Перекрывающийся код А Г У У А Ц Г Ц А Ограничения: следующая а.к. может быть не любой, а только с кодоном, начинающимся на У Свойства кода 2. Неперекрываемость

Текст считывается подряд по 3 буквы Его можно прочесть тремя рамками считывания А Г У У А Ц Г Ц А Ц А Сер Тир Ала Вал Тре Гис Лей Арг Тре Рамка считывания 2 Рамка считывания 3 Свойства кода 3. Отсутствие межкодонных знаков препинания

Знак окончания гена – три СТОП-кодона СТОП-кодоны не кодируют никакую а.к. и синтез белка на них прекращается. Свойства кода 4. Наличие межгенных знаков препинания УГА УАА УАГ

1 кодон 1 а.к. кодон 1 кодон 2 кодон 3 1 а.к. Кодонов – 61 Аминокислот – Однозначность 6. Избыточность (вырожденность)

Генетический код един у всех живущих на Земле организмов. Это самое мощное свидетельство единства происхождения всего живого. Свойства кода 7. Универсальность

Некоторые отклонения были обнаружены в митохондриях. Поскольку отклонения – разные, то они произошли после становления универсального кода и связаны с тем, что геном митохондрий – очень маленький. Свойства кода 8. Универсальность

Универсальный биологический процесс передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов, благодаря созданию точных копий ДНК. ДНК – единственная молекула клетки, способная к самоудвоению. 2. Репликация ДНК

Место репликации в клеточном цикле Репликация ДНК всегда предшествует делению клетки. Репликация S-период (Synthesis) Интерфаза Деление Каждая дочерняя клетка получает точную копию всей ДНК

Принципы репликации 1. Комплементарность 2. Антипараллельность 3. Полуконсервативность 4. Униполярность 5. Прерывистость 6. Потребность в затравке

Полуконсервативность Полуконсервативный Консервативный Дисперсионный Старые цепочки ДНК Вновь синтезированные

Репликон – расстояние между двумя сайтами начала репликации ori ~ 100 тыс. н.п. У прокариот вся кольцевая молекула – один репликон Прерывистость репликации ДНК одной хромосомы ori Репликон

Прерывистость репликации ДНК одной хромосомы ori Репликативные вилки

Прерывистость репликации ДНК одной хромосомы ori 3'3' 5'5' 3'3' 5'5' 5'5' 5'5' 3'3' 3'3' униполярности Противоречие с принципом униполярности – расти может только 3' конец ! ? ?

Молекулярная машина репликации

1. Г еликазы раскручивают двойную спираль

ДНК- полимераза праймаза Праймер РНК 2. Праймаза синтезирует РНК-затравку (праймер)

Удаление праймера 3. ДНК-полимераза III синтезирует новую цепь ДНКДНК-полимераза III 4. ДНК-полимераза I удаляет праймер и заделывает брешь 5. Лигаза – сшивает концы.

ДНК-полимераза I (кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка, показанных разными цветами), лигирующая повреждённую цепь ДНК

ДНК-полимераза использует нуклеотиды в виде 5' трифосфатов Растущий 3 конец цепочки Дезокси-нуклеотид трифосфат 5'5'3'3' 5'5' 3'3'

Свойства ДНК-полимеразы 1. Присоединяет по одному нуклеотиду с 3 конца растущей цепочки. 2. Требует для начала работы спаренного 3 конца. 3. Отщепляет один нуклеотид назад, если он не спарен – т.е. исправляет свои ошибки. Логически связанные свойства ! 3'3'

ДНК-полимераза исправляет ошибки Если новый нуклеотид не спарен – фермент не может двигаться дальше. Тогда он выедает неверный нуклеотид и ставит другой.

Скорость репликации ДНК У прокариот – 1000 нуклеотидов /сек У эукариот – 100 нуклеотидов /сек (медленнее, потому что ДНК сложно упакована – нуклеосомы и другие уровни упаковки)

Выводы по репликации ДНК В результате репликации каждая дочерняя клетка получает точную копию всей ДНК содержавшейся в материнской клетке. ДНК всех клеток одного организма – одинаковая, как по количеству молекул, т.е. хромосом, так и по их нуклеотидному составу.

3.Репарация ДНК Белки, которые исправляют ошибки и повреждения в ДНК. Дефекты этих систем ведут к тяжелым заболеваниям. Пигментная ксеродерма – дефект системы репарации УФ-повреждений

4. Генные мутации Классификация мутаций по характеру появления

Мутации по уровню возникновения Генные мутации, геномные мутации,. хромосомные мутации: связаны с изменениями внутри гена связаны с изменениями структуры хромосом приводят к изменению числа хромосом

ДЕЛЕЦИЯ -от лат. deletio уничтожение хромосомная аберрация (перестройка), при которой происходит потеря участка хромосомы.лат.

ДУПЛИКАЦИИ От лат. duplicatio удвоение структурная хромосомная мутация, заключающаяся в удвоении участка хромосомы.

Транслокации Хромосомы шимпанзе и человека. Поперечная исчерченность обоих видов очень близка. (транслокация по 2 паре).

Репликативная вилка Униполярность: Растущий конец новой цепочки – всегда 3' 3'3' 5'5' 3'3'3'3' 3'3'3'3' Запаздывающая цепь Лидирующая цепь Направление движения вилки Фрагменты Оказаки 6.Механизм транскрипции (транскрипционная вилка).

Домашнее задание Биология. Кн. 1. / Под ред. В.Н. Ярыгина с Коничев А.С. Молекулярная биология с. 204 – 277.