Презентация на тему "Приветствие"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Приветствие

  От лица кафедры биологии поздравляю вас с поступлением в наш университет!

• 
  Слайд 2
  

  Тема лекции:«Биология. Жизнь. Молекулярно-генетический уровень организации живого»

  Хрущова Ольга Николаевна Кафедра биологии ПФ РНИМУ им. Н.И. Пирогова Москва, 2014

• 
  Слайд 3

  План лекции

  Биология – наука о живом. Определение живого. Свойства живых систем. Уровни организации жизни. Молекулярно-генетический уровеньорганизации жизни. Строение, свойства и функции ДНК.

• 
  Слайд 4

  Немного о себе:

  Хрущова Ольга Николаевна. Я доцент кафедры биологии, закончила лечебный факультет 2 МОЛГМИ в 1980 году, с тех пор на кафедре.Мне нравится преподавать.Интересы – клиническая генетика и генетическое консультирование. Ненаучные – плавание, сбор грибов, английский язык.

• 
  Слайд 5

  Нужна ли врачу биология?

  нужна ли биология врачу? Да, потому что это теоретическая основа медицины Да, потому что медицина пытается противостоятьнекоторым биологическим законам

• 
  Слайд 6

  Курс биологии в медицинском вузе

  Цитология Генетика Эмбриология Эволюция Паразитология

• 
  Слайд 7

  Рекомендую как пособия по медицинской генетике

• 
  Слайд 8

  Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции.

  Феодосий Добржанский Ф.Г.Добржанский 1900 - 1975

• 
  Слайд 9

  Предмет биологии (как я это понимаю)

  Химическая эволюция Социальная эволюция 3,5 млрд. лет назад 200 тыс. лет назад клетка человек наш курс Биологическая эволюция

• 
  Слайд 10

  Итак, биология – наука о живом

• 
  Слайд 11

  Что такое жизнь???

• 
  Слайд 12

  Существует много определений жизни, приведу некоторые

  Сент-Дьерди, лауреат Нобелевской премии: «Я не знаю, что такое жизнь, но точно могу сказать, жива или нет моя собака». Энгельс: «Жизнь – это способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении частей этих тел». Энциклопедический словарь: «Жизнь это активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение молекулярной структуры. Я (прочитав Р. Докинза): «Жизнь – это избирательное размножение репликаторов.»

• 
  Слайд 13

  Клинтон Ричард Докинз

• 
  Слайд 14
  

  Видно, что дать определение жизни непросто. Поэтому учёные предпочитают описывать свойства живых объектов.

• 
  Слайд 15

  Свойства живого(свойства живых систем)

• 
  Слайд 16

  1.Особый химический состав:

  Живые организмы состоят из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. Белки (состоят из примерно 20 разных аминокислот, соединенных пептидными связями)

• 
  Слайд 17

  Образование пептидной связи между остатками двух аминокислот

• 
  Слайд 18

  Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура гемоглобина

• 
  Слайд 19

  Белки выполняют множество функций

• 
  Слайд 20

  Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК

  Фосфат Пентоза Азотистое основание Нуклеотид состоят из нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями

• 
  Слайд 21

  Нуклеиновые кислоты

  ДНК Сахар – дезоксирибоза Азотистые основания: А. Т, Г, Ц Стабильная гигантская молекула в виде двойной спирали РНК Сахар –рибоза Азотистые основания: А. У, Г, Ц Небольшие короткоживущие одноцепочечные молекулы Строение и функции ДНК мы обсудим чуть позже

• 
  Слайд 22

  Есть много видов РНК:

  мРНК – несет к рибосоме информацию о первичной структуре белка, следовательно, она кодирует белок. Остальные виды РНК названы некодирующими. Виды некодирующих РНК (ncRNA): рРНК (rRNA) - рибосомальная тРНК (tRNA) - транспортная Длиннные нкРНК (long ncRNAs, lncRNA) Короткие нкРНК (микроРНК, miRNA) Малые ядрышковые (snoRNA) Малые интерферирующие РНК (siRNA) PIWI РНК (piRNA) Есть и другие…

• 
  Слайд 23

  Длинные нкРНК (более 200 нуклеотидов)

  Их обнаружено десятки тысяч Они отвечают за геномный импринтинг. Например, Xist, ген, подавляющий Х-хромосому с образованием тельца Барра. С него образуется РНК длиной в 17 000 нуклеотидов Другие длинные РНК регулируют дифференцировку клеток, в частности активность НОХ-генов.

• 
  Слайд 24

  Короткие нкРНК (20 – 24 нуклеотида) – микроРНК, miRNA

  Их описано не менее 100 Их мишень не ДНК, а мРНК. Связываясь с 3’-нетранслируемой областью мРНК, нарушают ее трансляцию и ускоряют разрушение мРНК (действуют как сайленсеры). Регулируют работу многих генов.

• 
  Слайд 25

  Другие нкРНК

  Малые ядрышковые (snoRNA) участвуют в химической модификации рРНК siRNA участвуют в интерференции РНК, подавляя активность генов pi RNA взаимодействуют с белком PIWI и отвечают за сайленсинг ретротранспозонов, а также поддержание стволовых клеток и сперматогенез. Их выделено более 50 000

• 
  Слайд 26

  2.Обмен веществ и энергии.

  Живые тела – это открытые системы. Живой организм постоянно обменивается веществом и энергией с внешней средой. В живых телах энтропия (мера хаоса, неупорядоченности) понижается.

• 
  Слайд 27

  3. Pитмичность.

  Все процессы в живых организмах связаны с космическими ритмами.

• 
  Слайд 28

  4. Самовоспроизведение

  (на основе наследственности и изменчивости). «Конвариантная редупликация» - редупликация живых частиц, включая наследственные вариации. (Тимофеев-Ресовский)

• 
  Слайд 29

  5. Рост и развитие (онтогенез)

• 
  Слайд 30

  6. Эволюция (Филогенез.)

• 
  Слайд 31

  7. Дискретность – живые объекты представляют собой отдельные единицы

• 
  Слайд 32
  

  8. Иерархичность – более простые живые объекты формируют сложные системы

• 
  Слайд 33

  Иерархичность позволяет выделить несколько уровней организации живого

• 
  Слайд 34

  Уровни организации живого

  Элементарное явление(пример) Удвоение ДНК Синтез белка, митоз Онтогенез – индивидуальное развитие особи Эволюция видов Круговорот веществ и преобразование оболочек Земли

• 
  Слайд 35
  

  Самый низший уровень – молекулярно-генетический. Жизнь на Земле началась с появления реплицирующихся единиц.

• 
  Слайд 36

  Ген – это участок молекулы ДНК*

  (дезоксирибонуклеиновой кислоты), содержащий информацию о первичной структуре белка или т-, р- и других видов нкРНК.Это единица наследственной информации. *(Гены некоторых вирусов представлены РНК).

• 
  Слайд 37

  Уотсон и Крик в 1953 году у модели ДНК

• 
  Слайд 38
  

  Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК (состоят из нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями)

  Фосфат Пентоза Азотистое основание Нуклеотид

• 
  Слайд 39

  Нуклеотид состоит из 3 частей

  5-атомного сахара (пентозы) – рибозы или дезоксирибозы. Атомы углерода в пентозе нумеруются по часовой стрелке С1’, C2’, C3’, C4’ и C5’. Азотистого основания: пуринового (аденин, гуанин) или пиримидинового (цитозин, тимин (ДНК) или урацил (РНК). Азотистое основание присоединено к С1’ пентозы Остатков фосфорной кислоты (от 1 до 3), они присоединены к С5пентозы. ОН-группа в положении С3’ служит для образования фосфодиэфирной связи с другим нуклеотидом.

• 
  Слайд 40

  Нуклеотид

  С1 С2 С3 С4 С5 фосфат азотистое основание пентоза

• 
  Слайд 41

  Схема строения нуклеотида

  трифосфат

• 
  Слайд 42

  Азотистые основания образуют между собой водородные связи.

  Это получило название принципа комплементарности

• 
  Слайд 43

  Комплементарность и антипараллельность в строении ДНК

  OH OH 5’ - конец 5’ - конец 3’ - конец 3’ - конец

• 
  Слайд 44
  

  Эти особенности химического строения ДНК сделали возможным протекание ряда процессов с ее участием.

  Эти процессы: Репликация (удвоение ДНК) Рекомбинация (обмен участками между молекулами ДНК) Репарация (восстановление ДНК) Транскрипция (синтез РНК на ДНК) Обратная транскрипция (синтез ДНК на РНК – у некоторых вирусов) Мутирование (изменение строения ДНК)

• 
  Слайд 45

  Удвоение (репликация) ДНК

  Удвоение всей клеточной ДНК обычно происходит в S-периоде клеточного цикла, перед делением. Но могут удваиваться и отдельные участки ДНК, тогда это называется амплификацией.

• 
  Слайд 46

  Репликация ДНК полуконсервативна.

• 
  Слайд 47

  Отступление: живые организмы делятся на два больших надцарства:

  Прокариоты (доядерные) Эукариоты (ядерные) растения грибы животные бактерии синезеленые водоросли археи

• 
  Слайд 48

  У прокариот (бактерий) репликация монорепликонная.

  *оri - от origin- начало Начинается в точкеori*и идёт в обе стороны кольцевой молекулы ДНК Репликон это область ДНК, которая реплицируется, начиная с одной точки.

• 
  Слайд 49

  У эукариот репликация полирепликонная – начинается в нескольких местах

  Репликативный глазок Репликон – участок между двумя точками начала репликации.

• 
  Слайд 50

  Репликация полунепрерывна

  3’ 3’ 3’ 5’ Лидирующая цепь 5’ 5’ 3’ 3’ Отстающая цепь праймеры 5’ Репликативная вилка раскрывается – лидирующая цепь (5’3’) нарастает непрерывно, отстающая -- (3’5’) – фрагментами Оказаки, которые потом сшиваются Фрагменты Оказаки

• 
  Слайд 51

  Отличия репликации в клетках прокариот и эукариот

• 
  Слайд 52

  В репликации участвуют многие белки

  Праймаза- синтезирует праймеры Геликаза Фрагмент Оказаки 100 – 1000 нуклеотидов ДНК-лигаза Праймер ДНК-полимераза Расплетающие белки (SBB) ДНК-полимераза Лидирующая цепь Отстающая цепь

• 
  Слайд 53

  Основные белки репликации

  Геликазы– ферменты, которые расплетают спираль ДНК SSB -белки(single-stranded binding proteins) связывают однонитевую ДНК и удерживают матрицу Топоизомеразы, в том числе ДНК-гираза– вносят временные разрывы в материнской цепи и устраняют суперспирализацию ДНК Праймаза синтезирует РНК-праймер (primer) ДНК-полимераза использует 3’-конец праймера для синтеза новой цепи ДНК ДНК полимеразаI: Удаляет РНК-праймерыи застраивает пробелы цепочкой ДНК ДНК полимеразаIII присоединяет новые нуклеотиды к ДНК Лигаза – соединяет фрагменты Оказаки

• 
  Слайд 54

  Итак, репликация

  Полуконсервативна Идет по принципам комплементарности и антипараллельности на обеих цепях ДНК Направлена в обе стороны Полунепрерывна (лидирующая цепь нарастает непрерывно, отстающая - фрагментами Оказаки) Полирепликонна у эукариот Монорепликонна у прокариот

• 
  Слайд 55

  Теломераза

  Из-за необходимости каждый раз начинать репликацию с образования праймеров, которые потом удаляются, на концах хромосом, теламерах, образуются недореплицированные участки цепи ДНК. Специальный фермент теломераза способен к их восстановлению (активен в эмбриональных и половых клетках). Фермент теломераза ДНК РНК нуклеотиды

• 
  Слайд 56

  Теломераза осуществляет обратную транскрипцию,

  т.е. построение ДНК по матрице РНК и, таким образом, достраивает недореплицированный конец ДНК.

• 
  Слайд 57

  Рекомбинация ДНК

  способность молекул ДНК обмениваться участками.

• 
  Слайд 58

  Примеры рекомбинации

  Естественная: Кроссинговер во время мейоза Рекомбинация у бактерий Мобильные генетические элементы (транспозоны) Искусственная: Получение трансгенных организмов

• 
  Слайд 59

  Кроссинговер

  В профазе 1 деления мейоза между гомологичными хромосомами происходит обмен участками – кроссинговер. При этом образуются новые сочетания аллелей генов, что резко повышает генетическое разнообразие. А. Схема. Б. фигуры перекрёста (хиазмы), как они выглядят под микроскопом.

• 
  Слайд 60

  Бактерии для рекомбинации образуют выросты - пили

  F-фактор - короткий фрагмент ДНК, находящийся в цитоплазме бактерии. F-фактор обеспечивает передачу себя (вместе с куском наследственной информации самой бактерии) через специальный вырост — пиль. Это ещё не размножение, а просто рекомбинация — «перетасовывание» генетической информации.

• 
  Слайд 61

  Генетическая инженерия – пример искусственной рекомбинации

  Человек научился использовать способность ДНК к рекомбинации в своих целях – нужный ген (зелёный) встраивают, к примеру, в ДНК бактерии (красная)

• 
  Слайд 62

  Схема получения трансгенного растения

• 
  Слайд 63

  Репарация ДНК – восстановление ДНК после повреждений

• 
  Слайд 64

  В клетках постоянно происходят повреждения ДНК

  Изменения отдельных нуклеотидов – например, дезаминирование (потеря аминогруппы). При этом цитозин превращается в урацил. Изменения пары нуклеотидов, например, образование тиминовых димеров. Поперечные сшивки одной или двух цепей ДНК Разрывы цепей ДНК

• 
  Слайд 65

  Примеры повреждений ДНК:

  Г Ц А А Ц Г Ц Г Т Т Г Ц дезаминирование, разрывы хромосом, образование тиминовых димеров.

• 
  Слайд 66

  Существует несколько видов репарации

  Фоторепарация (описана у бактерий) Дорепликативная (эксцизионная) –»режь-латай». Несколько видов: репарация отдельных оснований; репарация отдельных нуклеотидов; нескольких нуклеотидов. Пострепликативная (рекомбинационная) у бактерий SOS-репарация Рассмотрим их схематично на примере репарации тиминовых димеров Т Т А А

• 
  Слайд 67

  1. Фоторепарация(у бактерий)

  Ультрафиолет нарушает структуру ДНК Фермент восстанавливает структуру ДНК на дневном свету Дневной свет

• 
  Слайд 68

  2. Эксцизионная репарация(«режь-латай»)

  Тиминовый димер Ферменты репарации ДНК-полимераза, ДНК-лигаза узнавание повреждения разрезание цепи ДНК ресинтез и лигирование репарируемой цепи.

• 
  Слайд 69

  3. Пострепликативная репарация(рекомбинационная)

  + Тиминовый димер репликация ДНК «брешь» рекомбинация и достраивание цепи Если не сработала фото- или эксцизионная репарация, то димер сохраняется и после репликации образуется «брешь».

• 
  Слайд 70

  Получаем одну нормальную молекулу ДНК

  + и одну, по-прежнему, стиминовым с димером

• 
  Слайд 71

  Репарацияу E.coli

• 
  Слайд 72
  

  SOS-система репарации выявлена не только у бактерий, но и у животныхи человека.

  Эта система включается тогда, когда повреждений в ДНК становится настолько много, что возникает угроза жизни клетки. Может быть неточной.

• 
  Слайд 73
  

  При мутациях генов, ответственных за репарацию, возникают болезни репарации, например, анемия Фанкони, атаксия-телеангиоэктазия, синдром Блума, пигментная ксеродерма

• 
  Слайд 74
  

  Самая известная болезнь репарации ДНК – пигментная ксеродерма. При ней солнечный свет повреждает ДНК в клетках кожи, что может привести к раку.

• 
  Слайд 75

  Пигментная ксеродерма – болезнь, связанная с нарушением репарации ДНК

• 
  Слайд 76

  Пигментная ксеродерма

  Фото из учебника У.Клаг и М.Каммингс Основы генетики.

• 
  Слайд 77

  Продолжим говорить о реакциях с участием ДНК

  Репликация (удвоение ДНК) Рекомбинация (обмен участками между молекулами ДНК) Репарация (восстановление ДНК) Транскрипция (синтез РНК на ДНК) Обратная транскрипция (синтез ДНК на РНК – у некоторых вирусов) Мутирование (изменение строения ДНК)

• 
  Слайд 78

  Транскрипция- синтезРНК (любых видов) по матрице ДНК

  В качестве матричной выступает цепь ДНК 3’ 5’. Цепь 5’  3’ в транскрипции не участвует. Эту цепь называют кодогенной, т.к. последовательность нуклеотидов РНК (кодонов) совпадает с ее последовательностью. Кодогенная, она же смысловая, она же цепь Крика. Матричная, она же антисмысловая, она же цепь Уотсона. О транскрипции поговорим в следующей лекции

• 
  Слайд 79

  Обратная транскрипция – синтез ДНК по матрице РНК

  В 1970 году Г. Темин и Балтимор независимо друг от друга открыли фермент, названный обратной транскриптазой (ревертазой). В 1975 году им была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины. Обратная транскрипция происходит при размножении ретровирусов (например, ВИЧ) При перемещениях ретротранспозонов При восстановлении теломерных участков хромосом До этого открытия центральная догма молекулярной биологии имела вид: ДНК РНК белок

• 
  Слайд 80
  

  Теломераза осуществляет обратную транскрипцию, т.е. построение ДНК по матрице РНК и, таким образом, достраивает недореплицированный конец ДНК. А.М.Оловников в 1971 году предположил наличие теломеразы.

• 
  Слайд 81

  Медицинские приложения

  В молекулярной биологии существует метод полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). Он используется для различных видов диагностики. Обратная транскриптаза используется в генетической инженерии. Так, для производства белков, гены которых имеют интроны, используется зрелая мРНК, имеющая только экзоны. С нее образуется кДНК (комплементарная ДНК), которая значительно короче и может быть встроена в геном бактерий или дрожжей. Ингибиторы обратной транскриптазы используются для лечения СПИДа

• 
  Слайд 82
  

  О способности ДНК мутировать и о генных мутациях речь пойдет в следующей лекции

• 
  Слайд 83
  

  Спасибо за внимание!