Введение. Предмет, задачи и методы молекулярной биологии и генетики

1.

Курс “Прикладная молекулярная биология”
1. Введение. Предмет, задачи и методы молекулярной биологии и генетики.
2. Молекулярные основы наследственности
2.1. Различные виды нуклеиновых кислот
2.2. Транскрипция
2.3. Трансляция
2.4. Репликация ДНК
2.5. Рекомбинация
2.6. Репарация ДНК
3. Мутационный процесс
4. Внехромосомные генетические элементы
5. Исследование структуры и функции гена
6. Регуляция экспрессии генов
7. Основы генной инженерии.

2.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ
1859
1865
Charles Darwin
Gregor Mendel
1869
1900
1902
1902
1910-1916
1913
1927
1931
1941
1944
1953
1958
1961
1962
1966
1970
1972
1972
1973
1977
1977
1988
1995
Friedrich Miescher
H. de Vries, C.Correns, E. von Tschermak
Archibald Garrod
Walter Sutton, Theodor Boveri
Thomas Hunt Morgan, C. Bridges
A.H. Sturtevant
H.J. Muller
H.Creighton, Barbara McClintock
G. Beadle, E.L. Tatum
O. Avery, C. McLeod, M.McCarty
James Watson, Francis Crick
M. Meselson, F.Stahl
S.Brenner, M.Meselson
F.Jacob J.Monod
M.Nirenberg, G.Khorana
Hamilton Smith
Paul Berg
Gobind Khorana
H.Boyer, S.Cohen
W. Gilbert and F. Sanger
F.Sanger, P.Sharp, R. Roberts и др.
Kary Mullis
C.Venter, H.Smith
1997
1997
F. Blattner, T. Honuchi и др.
Ian Wilmut и др.
2001
C.Venter, F.Collins и др.
публикация «О происхождении видов»
принципы расщепления и независимого
наследования признаков
открытие ДНК
переоткрытие законов Менделя
о генетической природе заболеваний человека
предложили хромосомную теорию
гены расположены на хромосомах
сконструировал первую генетическую карту
индуцировал мутации рентгеновскими лучами
физические доказательства рекомбинации
гипотеза один ген – один фермент
ДНК – носитель генетической информации
расшифровка структуры ДНК
доказательства полуконсервативной репликации ДНК
открытие мРНК,
теория оперона
завершение расшифровки генетического кода
открытие ферментов – рестриктаз
первая рекомбинантная ДНК in vitro
синтез полноразмерного гена тРНК
первое применение плазмид для клонирования ДНК
метод секвенирования ДНК
открытие интронов
разработка метода ПЦР
секвенирование первых геномов: Hemophilus
influenzae и Mycoplasma genitalium
секвенирование генома Escherichia coli
клонировали овечку Долли из клеток молочной
железы
расшифрован геном человека

3.

4.

ОСНОВАТЕЛЬ ГЕНЕТИКИ – ГРЕГОР МЕНДЕЛЬ

5.

ПЕРЕОТКРЫТИЕ ЗАКОНОВ МЕНДЕЛЯ
Archibald Garrod

6.

ПРИМЕРЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ

7.

ХРОМОСМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ – Т.Г.МОРГАН

8.

ТЕОРИЯ ОДИН ГЕН – ОДИН ФЕРМЕНТ
1 ГЕН
1 ФЕРМЕНТ
ЦЕНТРАЛЬНАЯ ДОГМА МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ

9.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ДНК – НОСИТЕЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

10.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз, 1952 г.

11.

РАСШИФРОВКА СТРУКТУРЫ ДНК
№ 51
Rosalind Franklin
Maurice Wilkins

12.

13.

Хронология секвенирования геномов

14.

Kary Mullis, 1988
Термостабильная ДНК-полимераза была выделена из
бактерий Thermus aquaticus и названа Taq-полимеразой.

15.

Ian Wilmut, 1997
Долли
клонирована из клеток молочной железы при
помощи внесения ядра клетки взрослого
животного в лишённую ядра яйцеклетку
Схема клонирования Долли

16.

Сравнительные размеры биологических объектов

17.

СРАВНЕНИЕ РАЗМЕРОВ БАКТЕРИЙ И ВИРУСОВ

18.

Сравнительные размеры геномов вирусов, про- и эукариот

19.

СТРОЕНИЕ КЛЕТОК ПРО- и ЭУКАРИОТ

20.

Общий молекулярный состав клетки
Тип макромолекул
% от общего
сухого веса
Мол.вес (Да)
Число
молекул на
клетку
Кол-во
разных
молекул
Белки
55.0
4.0 х 104
2 360 000
>1500
РНК
20.5
1.0 х 106
5.0 х 105
3.9 x 104
2.5 x 104
8.0 x 104
18 700
18 700
18 700
200 000
>1500
1
1
1
~60
~600
ДНК
3.1
3.1 x 109
2
1
Липиды
9.1
700
22 000 000
4
Липополисахариды
3.4
4500
1 200 000
1
Пептидогликан
2.5
(900)n
1
1
Гликоген
2.5
1.0 x 106
4500
1
Всего макромолекул:
96.1
Растворимые молекулы
2.9
Неорганические ионы
1.0
Рибосомные
23S
16S
5S
тРНК
мРНК
Общий вес
100.0

21.

Понятие гена в «классической» и молекулярной генетике
Классическая генетика
Цистрон (функциональная единица)
Мутон (единица мутации)
Рекон (единица рекомбинации)
Молекулярная генетика
Один ген (ДНК) – один белок
(одна полипептидная цепь)
Расшифровка генетического кода

22.

ПРОКАРИОТЫ

23.

ЭУКАРИОТЫ
Открытие интронов: P.Sharp и R.Roberts
1977 г. (Нобелевская премия 1993 г.)

24.

Элементы аппарата
Прокариоты
Эукариоты
Гены
Строение
Стабильность
Координация
экспрессии
Непрерывны
Стабильны
Гены образуют опероны
Обычно содержат интроны.
Возможны перестройки.
Оперонов нет. У индуцибельных генов
имеются регуляторные элементы.
Одна, распознает промотор
Три, распознают промотор с помощью
с помощью -субъединицы
транскрипционных факторов.
Единый план строения;
Промотоы генов, кодирующих белки,
наличие двух консервативных
последовательностей: TATAAT
(-10) и TTGACA (-35)
имеют одну консервативную TATAпоследовательность, а также
мозаичный набор из разных боксов.
Транскрипция
Число РНК- полимераз
Промоторы
Терминатор транскрипции
GC-богатая шпилька в мРНК и затем Сайт AAUAAA в конце мРНК
мРНК
последовательность из поли-U.
Иногда зависит от факторов
терминации (Rho).
Коллинеарна гену или оперону
является сигналом для отщепления
концевой части транскрипта и
полиаденилирования мРНК.
Первичный транскрипт коллинеарен
гену; на 5’-конце находится 7-метилгуанозин, а на 3’-конце – полиадениловая цепочка. Зрелая мРНК образуется в процессе сплайсинга.
Трансляция
Рибосомы
70S (50S + 30S)
Cайт связывания
рибосом (SD)
Последовательность AAGGAGGU
и первые кодоны гена.
Инициирующие кодоны
Терминирующие кодоны
AUG, иногда GUG или UUG
UAG, UAA, UGA
80S (60S + 40S)
Посадка 40S опосредована кэп-сайтом.
Сборка целой рибосомы происходит на
сайте GCC(A/G)CCAUGG, включающем
инициирующий кодон.
AUG
UAG, UAA, UGA