Медбио_3

1.

Севастопольский государственный университет
Кафедра «Радиоэкология и экологическая безопасность»
Медицинская
биология
канд. биол. наук, ст. науч. сотр.
Сытников Денис Михайлович

2.

Медицинская биология
Лекция 3. Структурно-функциональная организация наследственного материала (2 ч):
Биологическое значение нуклеиновых кислот.
Роль нуклеотидов в энергетическом обмене.
Состав, организация и функции молекул РНК.
Состав, организация и функции ДНК.
Ошибки репликации и репарация ДНК.
Генетический код.

3.

Медицинская биология
Лекция 3. Структурно-функциональная организация наследственного материала.
3.1. Биологическое значение нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные органические соединения, образованные
остатками нуклеотидов:
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
Рибонуклеиновая кислота (РНК)
Нуклеотид состоит из
-
остатка фосфорной кислоты,
-
углевода (рибоза или дезоксирибоза),
-
азотистого основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил*).
*в РНК вместо тимина присутствует урацил

4.

Медицинская биология
Лекция 3. Структурно-функциональная организация наследственного материала.
3.1. Биологическое значение нуклеиновых кислот

5.

6.

7.

8.

Медицинская биология
Лекция 3. Структурно-функциональная организация наследственного материала.
3.2. Роль нуклеотидов в энергетическом обмене

9.

Медицинская биология
Лекция 3. Структурно-функциональная организация наследственного материала.
3.2. Роль нуклеотидов в энергетическом обмене
АТФ – отдельные нуклеотиды, имеют такое же строением как и
нуклеотиды в ДНК и РНК.
Молекула АТФ состоит из рибозы, аденина и трёх остатков фосфорной
кислоты.
АТФ содержит макроэргические связи, запасающие много энергии.
АТФ синтезируется в митохондриях и хлоропластах.
Клетка использует энергию АТФ для синтеза собственных веществ,
движения, деления, передачи нервных импульсов.

10.

Медицинская биология
Лекция 3. Структурно-функциональная организация наследственного материала.
3.3. Состав, организация и функции молекул РНК
Молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи.
Разные виды РНК имеют различную конфигурацию.
Вместо тимина (Т) здесь содержится урацил (У).
Водородные связи в цепи возникают между А = У и Ц = Г.
Вместо дезоксирибозы здесь содержится рибоза.
РНК находятся в ядре, цитоплазме, хлоропластах, митохондриях, рибосомах.
Выделяют 3 вида РНК:
-
информационные или матричные (иРНК, мРНК),
-
транспортные (тРНК),
-
рибосомальные (рРНК).

11.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.4. Состав, организация и функции ДНК
Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных полинуклеотидных
цепей.
Между аденином (А) и тимином (Т) образуются две водородных связи, а
между цитозином (Ц) и гуанином (Г) – три. Эти пары называют
комплементарными.
Молекулы ДНК содержатся в ядрах клеток, они образуют нити
хроматина, перед делением превращаются в хромосомы.
ДНК в клетке хранит и передаёт наследственную информацию.

12.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.4. Состав, организация и функции ДНК
Первичная структура ДНК

13.

14.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.4. Состав, организация и функции ДНК
Вторичная структура ДНК

15.

16.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.4. Состав, организация и функция ДНК
Репликация (редупликация) – процесс самоудвоения ДНК, обеспечивающий копирование
генетического аппарата в клетке.
Принципы репликации:
-
комплементарность (цепь А является шаблоном для синтеза цепи А’: Г-Ц, А-Т);
-
полуконсервативный синтез (новые молекулы ДНК содержат одну новую и одну исходную
материнскую цепи ДНК);
-
антипараллельность (в начале одной цепи дезоксирибоза со свободной ОН группой у 3’атома углерода, в начале другой цепи - остаток фосфорной кислоты, соединённый с 5’атомом углерода дезоксирибозы);
-
челночный синтез (на одной цепи синтез идёт непрерывно, на другой – фрагментами в
обратном направлении).
Три стадии процесса репликации: инициация (репликационная вилка), элонгация (синтез
ДНК), терминация (дочерние ДНК спирализуются и приобретают вторичную структуру).

17.

18.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.5. Ошибки репликации и репарация ДНК
Если происходит обнаружение неправильной пары нуклеотидов, ДНК-полимераза
откатывается на один шаг назад и может исключить неправильный нуклеотид из цепочки,
затем вставить на его место правильный, после чего репликация продолжается в нормальном
режиме. Этот процесс коррекции (исправления ошибок спаривания) иногда не срабатывает, и
тогда в ДНК по окончании репликации остаются некомплементарные пары.
Репарация ДНК – особая функция клеток – осуществляется специальными ферментными
системами. Значительная часть изменений структуры ДНК, возникших в одной
полинуклеотидной цепи, устраняется в ходе активности ферментов, использующих
неповрежденную цепь в качестве матрицы. Благодаря системе репарации в среднем из 1000
повреждений ДНК различного типа лишь одно может приводить к мутации.
В зависимости от времени выявления нарушений и их устранения репарация может быть
дорепликативной, пострепликативной и SOS-репарацией.
Ряд наследственных болезней человека связан с нарушениями систем репарации:
пигментная ксеродерма (повышенная чувствительность к солнечному свету, приводящая к
развитию рака кожи), трихотиодистрофия (повышенная фоточувствительность, умственная
отсталость, чешуйчатая кожа (ихтиоз), неврологические нарушения, дефекты роста и
развития), прогерия – преждевременное старение и др.

19.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.6. Генетический код
Вся информация о жизнедеятельности клетки находится в молекуле ДНК.
Реализация наследственной информации ДНК происходит по схеме:
ген ---➣ белок ---➣ признак
Ген – структурно-функциональная единица генетического материала, в
которой закодирована первичная структура белка или молекулы РНК.
Генетический код – последовательность перевода нуклеотидов ДНК в
аминокислотную последовательность (3 нуклеотида ---➣ 1 аминокислота).
Кодон (триплет) – последовательность из трёх нуклеотидов.

20.

Медицинская биология
Лекция 3. Нуклеиновые кислоты, их биологическое значение.
3.4. Генетический код
Генетический код – система записи информации о последовательности
расположения аминокислот в белках с помощью последовательности
расположения нуклеотидов в ДНК.
Свойства генетического кода:
1. Код триплетен, каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех
нуклеотидов, называемой триплетом или кодоном; всего существует 64 кодона.
2. Код вырожден, каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (от
двух до шести). Исключение составляют метионин и триптофан – для каждой имеется
только один триплет.
3. Код однозначен, каждый кодон кодирует только одну аминокислоту.
4. Между генами имеются триплеты «знаки препинания», которые обозначают
прекращение синтеза одной полипептидной цепи (в ДНК это АТТ, АТЦ, АЦТ, а в РНК,
соответственно, УАА, УАГ, УГА). Внутри гена таких триплетов нет.
6. Код универсален, один код для всех организмов на Земле.

21.

22.

Практическое занятие 4
Структурная организация нуклеиновых кислот (4 ч):
Задания
Изучить лекционный и дополнительный материал по теме «Структурно-функциональная
организация наследственного материала» и письменно ответить на контрольные вопросы
1–11 из методических рекомендаций к выполнению практической работы.
Получить у преподавателя методические рекомендации; зарисовать, заполнить и
письменно объяснить рисунки 1–5; заполнить таблицу «Сравнение ДНК И РНК».
Решить два типа задач (все варианты) по биосинтезу белка.
Стволинская, Н. С. Цитология: Учебник / Стволинская Н.С. - Москва :МПГУ, 2012. - 238 с.: ISBN 978-5-7042-2354-2. Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/758106 (дата обращения: 21.10.2023). – Режим
доступа: по подписке.