Презентация на тему "МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ"

Содержание

• 
  Слайд 1

  МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

• 
  Слайд 2

  Что такое наследственная информация?

  Это информация о строении белков и характере синтеза белков в организме. Синоним: генетическая информация. У вирусов генетическая информация хранится в ДНК или РНК, у эукариот и прокариот – в ДНК.

• 
  Слайд 3

  Строение нуклеотида

  Азотистое основание Пентоза (5-углеродный сахар) Фосфат

• 
  Слайд 4

  НУКЛЕОТИДЫ ДНК И РНК

  В РНК сахар рибоза(рибонуклеиновая кислота), в ДНК сахардезоксирибоза (дезоксирибонуклеиновая кислота) РИБОЗА 2΄-ДЕЗОКСИРИБОЗА

• 
  Слайд 5
  

  АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ Производные пурина Производные пиримидина В ДНК Aденин - A Цитозин – Ц Гуанин - Г Tимин – T В РНК Aденин - A Цитозин - Ц Гуанин - Г Урацил – У

• 
  Слайд 6

  Строение ДНК

  ДНК – полимер, который состоит из мономеров – нуклеотидов

• 
  Слайд 7
  

  В 1953 г. американский генетик Дж. Уотсон и английский генетик Ф. Крик расшифровали строение ДНК. В 1962 г. они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за это открытие.

• 
  Слайд 8
  

  В начале 50-х гг. биофизики Р. Франклин и М. Уилкинс получили рентгенограммы ДНК, которые показали, что ДНК имеет форму двойной спирали В 1950 г. британский химик Эрвин Чаргафф определил, что: 1) А=Т and G=C; 2) Сумма пуриновых оснований (А and G) равна сумме пиримидиновых А+G=Т+C; А+G/Т+C=1 3) А+T/G+C= k (является видовым показателем)

• 
  Слайд 9
  

  Диаметр ДНК составляет 2 нм. Расстояние между двумя витками спирали – 3,4 нм. В одном полном витке – 10 пар нуклеотидов. Средняя длина одной пары нуклеотидов (п. н.) – 0,34 нм. 2нм

• 
  Слайд 10
  

  Атомы карбона вкольце дезоксирибозы пронумерованы от 1' до 5'.К 1' -карбону присоединяется азотистое основание,а к 5' -карбону – фосфат.

• 
  Слайд 11
  

  Нуклеотиды соединяются между собой фосфодиэфирными связями между остатком дезоксирибозы одного нуклеотида (3΄) и фосфатом – другого (5΄)

• 
  Слайд 12
  

  Две цепи ДНК соединяются водородными связями между азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Между A и T – 2 водородные связи; между Г и Ц– 3 водородные связи

• 
  Слайд 13
  

  Цепи в ДНК расположены антипараллельно.5’-конец одной полинуклеотидной цепи соединяется с 3’-концом другой. В молекуле ДНК видны маленькая и большая борозды. К ним присоединяются разные регуляторные белки.

• 
  Слайд 14
  

  Существует несколько конформаций ДНК A – 75% относительная влажность,ионы Na, K, Cs B – 95% относительная влажность, низкая концентрация ионов Z – левозакручена

• 
  Слайд 15
  

  У человека суммарная длина 46 ДНК, выделенных из 46 хромосом составляет около 190 см. Следовательно, средняя длина 1 молекулы ДНК человека более 4 см.

• 
  Слайд 16
  

  Если цепи ДНК изображают в виде линии, то принято вверху изображать цепь в направлении от 5′ к 3′ 5′ АТТГТЦЦГАГТА 3′ -кодирующая 3′ ТААЦАГГЦТЦАТ 5′-матричная

• 
  Слайд 17
  

  Локализация ДНК в клетках эукариот: Ядро – входит в состав хромосом; 2) Митохондрии; 3) Пластиды. Функция ДНК: хранит наследственную (генетическую) информацию. В ДНК находятся гены. В каждой соматической клетке человека менее 25 000 пар генов

• 
  Слайд 18

  Свойства ДНК

  Способность к самоудвоению – редупликации. Способность к репарации – восстановлению структуры ДНК после повреждения Способность к денатурации и ренатурации. Денатурация – под действием высокой температуры и щелочей разрываются водородные связи между цепями ДНК и ДНК становится однонитевой. Ренатурация – обратный процесс. Это используется в методах ДНК-диагностики.

• 
  Слайд 19
  

  Редупликация – процесс синтеза дочерней молекулы ДНК, обеспечивает передачу наследственной информации дочерним клеткам. Происходит с помощью фермента ДНК-полимеразы по принципу комплементарности. Происходит в синтетический период интерфазы (S-период).

• 
  Слайд 20
  

  Репликация – полуконсервативный процесс. Каждая дочерняя молекула получает одну нить от материнской ДНК, а вторую синтезирует вновь.

• 
  Слайд 21

  Общая схема работы ферментов при редупликации

• 
  Слайд 22
  

  Репарация ДНК – исправление ошибок ДНК, которые возникают при неправильной редупликации или под действием мутагенных факторов.

  Самый распространенный способ репарации у прокариот и эукариот – эксцизионная репарация. Ферменты нуклеазы вырезают ошибочное нуклеотиды или участок поврежденной цепи ДНК, фермент ДНК-полимера I типа встраивает нормальные нуклеотиды, ферменты лигазы сшивают фрагменты. При нарушении репарации ДНК в клетках накапливаются мутации, что со временем приводит к развитию опухолей, преждевременному старению.

• 
  Слайд 23
  

  Excision repair Photorepair

• 
  Слайд 24

  Болезни репарации ДНК

  Пигментная ксеродерма: веснушки, пигментные пятна, фотофобия, 100% вероятность развития рака.

• 
  Слайд 25

  РНК

  ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, РНК – из одной.ДНК содержит моносахарид дезоксирибозу, РНК – рибозу.ДНК содержит Тимин, РНК – Урацил.

• 
  Слайд 26

  РНК принимает участие в реализациинаследственной информации

  300-30000 нуклеотидов Переносит информацию о строении белка от ДНК к рибосоме, является матрицей для синтеза белка До 5000 нуклеотидов Формирует каркас рибосомы, обеспечиваетвзаимодействие тРНК и иРНК. Синтезируется в ядрышках. 75-95 нуклеотидов Переносят аминокислоты в рибосомы для синтеза белка, адаптерные молекулы 100-220 нуклеотидов Созревание (сплайсинг) иРНК Созревание рРНК 21-23 нуклеотидов Подавляют трансляцию (РНК-интерференция) иРНК рРНК тРНК мяРНК микроРНК

• 
  Слайд 27

  Что такое ген?

  Термин «ген» предложил В. Йогансен в 1909 г. Ген (в узком смысле слова) – участок ДНК, в котором закодирована информация о строении одного белка. Ген (в широком смысле слова) – участок ДНК, который кодирует первичную структуру белка, рРНК, тРНК или регулирует транскрипцию другого гена.

• 
  Слайд 28
  

  Классификация генов.В зависимости от выполняемых функций выделяют две группы генов

  1. Структурные гены – гены, которые кодируют белок или РНК. 2. Регуляторные гены регулируют процессы биосинтеза белка. У эукариот: Промотор – место присоединения РНК-полимеразы Энхансер – ускоряет транскрипцию Сайленсер – тормозит транскрипцию

• 
  Слайд 29

  Строение гена эукариот, кодирующего белок

  Промотор Экзон 1 Интрон 1 Экзон 2 Интрон 2 Экзон 3 Интрон 3 Экзон 4 5’ 3’ Терминатор Транскриптон – участок гена, который транскрибируется Участок, кодирующий полипептид ТАТА-бокс ЦААТ-бокс ГЦ-мотив

• 
  Слайд 30
  

  Промотор – участок гена, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза, осуществляющий транскрипцию. Транскриптон - участок гена, который транскрибируется. В нём выделяют участок, кодирующий белок и терминатор – участок гена, на котором заканчивается транскрипция Участок, кодирующий белок, состоит из экзонов и интронов. Экзоны кодируют белок, интроны – некодирующие участки. Экзоны и интроны выявлены только у эукариот. У прокариот интроны отсутствуют.

• 
  Слайд 31
  

  Типичный ген человека состоит примерно из 28000 пар нуклеотидов (п. н.) и имеет 8 экзонов. Он кодирует полипептид, состоящий в среднем из 447 аминокислот. Самый длинный ген, найденный в геноме человека, – ген мышечного белка дистрофина, он содержит 2,4·106 п. н.

• 
  Слайд 32
  

  Генетический код – система записи генетической информации о строении белков в ДНК в виде определенной последовательности нуклеотидов

  Основные свойства генетического кода: Триплетность Вырожденность (избыточность) Специфичность Неперекрываемость Однонаправленность Наличие инициирующего кодона (АУГ) и нонсенс-кодонов (УАА, УАГ, УГА) Колинеарность Универсальность

• 
  Слайд 33

  Экспрессия гена

  Экспрессия гена – реализациянаследственной информации. Общая схема реализации наследственной информации ДНК транскрипция иРНК трансляция белок

• 
  Слайд 34

  Основные этапы синтеза белка

  Транскрипция – синтез иРНК. Происходит в ядре. Активация аминокислот и соединение их с тРНК. Происходит в цитоплазме. Трансляция – синтез полипептидной цепи. Происходит на рибосомах. Посттрансляционная модификация –образование пространственных структур белка (фолдинг) и его химическая модификация. Происходит в ЭПС, комплексе Гольджи, цитоплазме.

• 
  Слайд 35
  

  Ген 1. ТРАНСКРИПЦИЯ 3. ТРАНСЛЯЦИЯ 2. СОЕДИНЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ С тРНК 4. ОБРАЗОВАНИЕ ВТОРИЧНОЙ, ТРЕТИЧНОЙ И ЧЕТВЕРТИЧНОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКА ЭТАПЫ СИНТЕЗА БЕЛКА

• 
  Слайд 36
  

  5' TACGTT CG ATCC 3' ATG CAAGCTAGG Кодирующая или смысловая цепь Матричная цепь Транскрипция идёт по матричной цепи Транскрипция – процесс считывания наследственной информации путём синтеза комплементарной иРНК. Для реакции нужен фермент РНК-полимераза (I,II,III). РНК синтезируется в направленииот 5′-конца к 3′-концу, антипараллельно. иРНК ДНК 5' UACGUU CG AUCC 3'

• 
  Слайд 37
  

  У прокариот сразу синтезируется зрелая иРНК. У эукариот синтезируется про-иРНК (незрелая), которая проходит процессинг. Процессинг – созревание иРНК. Происходит в ядре. Включает в себя: 1.Сплайсинг – вырезание интронов и сшивание экзонов. 2. Кэпирование – модификация 5’-конца иРНК (присоединение метилгуанина). 3. Полиаденилирование – модификация 3’-конца иРНК (присоединение 150-200 Аденинов).

• 
  Слайд 38

  Синтез иРНК у эукариот

  Экзон1 Экзон2 Интрон Синтез про-иРНК Про-иРНК Сплайсинг -вырезание интронов и соединение экзонов Поли –А-хвост Зрелая иРНК Экзон1 Экзон2 Кэп АААААААААА 7-Метилгуанозин-трифосфат 1 этап – синтез про- и РНК, которая полностью комплементарна ДНК (гену) 2 этап – процессинг (созревание иРНК)

• 
  Слайд 39
  

  2. Активация аминокислот и соединение с тРНК. Каждая тРНК имеет 2 активных центра:1) антикодон – для взаимодействия с кодоном иРНК2) акцепторный участок – для соединения с аминокислотой

• 
  Слайд 40

  Трансляция – синтез первичной структуры белка в цитоплазме в рибосоме

  Рибосома имеет большую и малую субъединицы В рибосоме – два активных центра: Р – пептидильный А – аминоацильный Р А

• 
  Слайд 41

  Этапы трансляции

• 
  Слайд 42

  Инициация

  Рибосома соединяется с иРНК и захватывает два кодона (первый – инициальный оказывается в пептидильном центре). К инициальному кодону подходит тРНК с инициальной аминокислотой Мет (метионин).

• 
  Слайд 43

  Элонгация - удлинение полипептидной цепи

  Ко второму кодону иРНК подходит вторая тРНК с аминокислотой. Если антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК, две аминокислоты соединяются пептидной связью – образуется дипептид.

• 
  Слайд 44
  

  Затем первая тРНК выходит из рибосомы, рибосома перемещается на один триплет вперед. К этому триплету подходит новая тРНК с аминокислотой. Если антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК, то между двумя последними аминокислотами вновь образуется пептидная связь и процесс повторяется.

• 
  Слайд 45
  

  Терминация – окончание трансляции. Рибосома доходит до стоп-кодона. Синтез полипептида останавливается. Рибосома отсоединяется от иРНК, полипептид формирует пространственные структуры.

• 
  Слайд 46

  Схема полисомы

• 
  Слайд 47

  Микрофотография полисомы

• 
  Слайд 48

  Регуляция экспрессии генову прокариот

  У прокариот кольцевидная ДНК, которая кодирует небольшое количество белков (у кишечной палочки – более 4000). Для многих генов характерна оперонная регуляция активности. Оперон – группа структурных генов, которые кодируют белки-ферменты одного метаболического процесса и находятся под контролем общих регуляторных генов. В 1961 г. французскими учеными Фр. Жакобом и Ж. Моно открыт лактозный оперон (у E. coli – кишечной палочки).

• 
  Слайд 49
  

  Оперон обеспечивает синтез трёх ферментов, участвующих в метаболизме лактозы: lacZ – галактозидаза (расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу). Lac Y – пермеаза (обеспечивает поступление лактозы в клетку). lacA – трансацетилаза (участвует в удалении из клетки токсичных продуктов расщепления лактозы).

• 
  Слайд 50
  

  Лактозный оперон состоит из: Трёх структурных генов, кодирующих три белка-фермента. Четырёх регуляторных генов, которые обеспечивают работу структурных генов: Ген-регулятор – кодирует белок-репрессор. Ген-промотор – место присоединения РНК-полимеразы для начала транскрипции. Ген-оператор. Если к нему присоединен белок-репрессор, то он блокирует транскрипцию. Терминатор – место окончания транскрипции.

• 
  Слайд 51
  

  Схема строения лактозного оперонакишечной палочки. Открыли Фр. Жакоб и Ж. Моно в 1961 г. (Удостоены Нобелевской премии в 1965 г.)

  Терминатор

• 
  Слайд 52

  Оперон инактивирован

• 
  Слайд 53
  

  Оперон в активном состоянии, если в клетку попадает лактоза. Она соединяется с белком-репрессором и инактивирует его. Начинается синтез трёх ферментов.

• 
  Слайд 54

  Регуляция экспрессии генову эукариот

  7-10% генов экспрессируются.Остальные гены неактивны. Таким образом, преобладает позитивный генетический контроль, при котором большая часть генома репрессирована и регуляция происходит путём активации необходимых генов.

• 
  Слайд 55
  

  Амплификация генов Метилирование ДНК Ацетилирпование белков гистонов Факторы транскрипции процессинг Транспорт из ядра

• 
  Слайд 56
  

  Метилирование ДНК по Цитозину – универсальный механизм выключения генной активности

• 
  Слайд 57
  

  Ацетилирование гистонов делает ДНК доступным для транскрипции

• 
  Слайд 58
  

  Фолдинг Деградация Транспорт в орагеллы Контроль трансляции с помощью микроцитплазматических РНК

• 
  Слайд 59
  
• 
  Слайд 60
  
• 
  Слайд 61

  Отличия организации генома и экспрессии генов у прокариот и эукариот

• 
  Слайд 62

  ХОРОШЕГО ДНЯ !