Нуклеиновые кислоты. Хромосомная теория

1. Нуклеиновые кислоты. Хромосомная теория

Преподаватель: Халджанова Зарема Эльбрусовна

2.

История
ДНК открыта в 1868 г швейцарским врачом И. Ф.
Мишером в клеточных ядрах лейкоцитов, отсюда и
название – нуклеиновая кислота (лат. «nucleus» - ядро).
В 20-30-х годах XX в. определили, что
ДНК – полимер (полинуклеотид),
в эукариотических клетках она
сосредоточена в хромосомах.
Предполагали, что ДНК играет структурную роль.
В 1944 г. группа американских бактериологов из
Рокфеллеровского института во главе с О. Эвери
показала, что способность пневмококков вызывать
болезнь передается от одних к другим при обмене ДНК.
ДНК является носителем наследственной
информации.

3.

Фридрих Фишер
Швейцарский биохимик. Из
остатков клеток,
содержащихся в гное, он
выделил вещество, в состав
которого входят азот и
фосфор. Учёный назвал это
нуклеином, полагая, что оно
содержится лишь в ядре
клетки. Позднее небелковая
часть этого вещества была
названа нуклеиновой
кислотой

4.

Уотсон Джеймс Дьюи
Американский биофизик, биохимик,
молекулярный биолог, предложил
гипотезу о том, что ДНК имеет форму
двойной спирали, выяснил молекулярную
структуру нуклеиновых кислот и
принцип передачи наследственной
информации. Лауреат Нобелевской
премии 1962 года по физиологии и
медицине (вместе с Фрэнсис Харри
Комптоном Криком и Морисом
Уилкинсом).

5.

Крик Френсис Харри Комптон
Английский физик, биофизик,
специалист в области
молекулярной биологии,
выяснил молекулярную
структуру нуклеиновых
кислот; открыв основные
типы РНК, предложил теорию
передачи генетического кода и
показал, как происходит
копирование молекул ДНК при
делении клеток. в 1962 году
стал лауреатом Нобелевской
премии по физиологии и
медицине

6. Почему же клетки печени отличаются от клеток лёгких, нейроцитов и так далее?

7.

Нуклеиновые кислоты
являются
биополимерами,
мономеры которых –
нуклеотиды.
Каждый нуклеотид
состоит из 3-х частей:
азотистого основания,
пентозы –
моносахарида,
остатка фосфорной
кислоты.

8.

9.

10. Химическое строение углеводов

11. Первичное строение ДНК

12.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ
ДНК –
РНК
дезоксирибонуклеиновая
рибонуклеиновая
кислота
кислота
Состав нуклеотида в ДНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Остаток
Гуанин (Г) Дезокси-фосфорной
Цитозин (Ц) рибоза кислоты
Тимин (Т)
Передача и хранение
наследственной
информации
Информационная
(матричная)
РНК (и-РНК)
Транспортная
РНК (т-РНК)
Рибосомная РНК (р-РНК)
Состав нуклеотида в РНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Урацил (У):
Рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
12

13.

Вторичная структрура ДНК
Вторичная структура ДНК представляет собой две комплементарные и
антипараллельные друг другу полинуклеотидные цепи, соединенные
водородными связями, и закрученные в спираль.
Диаметр двойной спирали у правозакрученной ДНК составляет примерно
2 нм, один шаг (поворот) спирали – 3,4 нм. На один виток спирали
приходится 10 пар оснований, а расстояние между нуклеотидами равно
0,34 нм

14.

Вторичная структрура ДНК

15. Принцип комплементарности

Азотистые основания двух полинуклеотидных
цепей ДНК соединяются между собой попарно
при помощи водородных связей по принципу
комплементарности.
Зная последовательность нуклеотидов в одной
цепи ДНК, можно расшифровать строение
(первичную структуру) второй цепи.

16.

17. Строение РНК

РНК — полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В отличие
от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой
(исключение — некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную
РНК). Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между
собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

18. Строение РНК

Образование полимера РНК происходит также,
как и у ДНК - за счёт ковалентных связей между
углеводом
рибозой
одного
нуклеотида
и
фосфорной кислоты другого

19. Виды РНК

Информационные РНК
(иРНК) образуются в
ядре на ДНК при
участии фермента РНКполимеразы. В клетке их
содержание составляет
приблизительно 5 % от
всех РНК.
Функция иРНК передача информации с
ДНК к месту сборки
белковых молекул, на
рибосомы.

20. рРНК

Рибосомные РНК (рРНК) синтезируются в
ядрышке и составляют основу рибосом,
формируя активный центра рибосомы, в
котором осуществляется биосинтез белка. рРНК
составляют примерно 85 % всей РНК клетки.

21. тРНК

Транспортные РНК (тРНК) тоже собираются в
ядре, а затем перемещаются в цитоплазму.
Они образованы небольшим количеством
нуклеотидов (70-90). В клетке тРНК
содержится примерно 10 %.
тРНК транспортируют аминокислоты к месту
синтеза белка на рибосоме. Каждый вид
аминокислот переносится отдельным видом
тРНК.
Строение всех тРНК сходно. За счёт
водородных связей некоторые участки
молекул соединяются и образуются структуры,
похожие на лист клевера. Отличаются
молекулы тРНК тремя нуклеотидами,
расположенными «на верхушке» структуры.
Этот триплет (антикодон) комплементарен
кодону иРНК, кодирующему соответствующую
аминокислоту.
Аминокислота прикрепляется специальным
ферментом к «черешку листа» и
транспортируется в активный центр
рибосомы.

22. Биосинтез ДНК

• Претранскрипционная,
• Транскрипция,
• Трансляция,
• Посттрансляционная.

23.

Признаки
СХОДСТВА
РАЗЛИЧИЯ:
1) Сахар
2) Азотистые
основания
ДНК
РНК
Полинуклеотиды, мономеры которых имеют
общий план строения.
дезоксирибоза
аденин - тимин,
цитозин - гуанин
рибоза
аденин – урацил,
цитозин – гуанин
3) Структура
двойная спираль
одноцепочечная молекула
4) Местонахождение
в клетке
ядро, митохондрии и
хлоропласты
цитоплазма, рибосомы
5) Биологические
функции
хранение наследственной
информации и передача ее
из поколения в поколение
участие в матричном
биосинтезе белка на
рибосоме, т.е. реализация
наследственной
информации

24. Биологическое значение нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты обеспечивают:
1. хранение наследственной информации в виде
генетического кода,
2. передачу ее при размножении дочерним организмам,
3. ее реализацию при росте и развитии организма в
течение жизни в виде участия в очень важном
процессе – биосинтезе белков.

25. Репликация ДНК

Нуклеотиды
достраивает фермент
ДНК-полимераза по
принципу
комплементарности.
Он следует следующему
правилу: А (аденин)
переводит в Т (тимин),
Г (гуанин) - в Ц
(цитозин).

26. Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

С помощью специального белка РНК-полимеразы
молекула информационной РНК строится по принципу
комплементарности по участку одной нити ДНК в
процессе транскрипции (первого этапа синтеза белка).
Сформированная цепочка и-РНК представляет точную
копию второй (нематричной) цепочки ДНК, только
вместо тимина Т включен урацил У.

27.

Почему сразу нельзя
синтезировать белок из
матричной ДНК?

28.

Инициация
Образуется несколько начальных кодонов иРНК.
Элонгация
Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для
передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.
Терминация
Достигая особого участка цепи ДНК - терминатора, РНК-полимераза
получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция
завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

29. Трансляция

Инициация
Информационная
РНК
присоединяется к
рибосоме,
состоящей из двух
субъединиц.

30.

Элонгация
Рибосома делает шаг, и иРНК
продвигается на один кодон:
такое в фазу элонгации
происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят
новые аминокислоты,
соответствующие кодонам
иРНК. Аминокислоты
соединяются друг с другом:
между ними образуются
пептидные связи, молекула
белка растет.
Доставка нужных аминокислот
осуществляется благодаря
точному соответствию 3
нуклеотидов (кодона) иРНК 3
нуклеотидам (антикодону)
тРНК. В основе этого также
лежит принцип
комплементарности.

31. Терминация

Синтез белка - полипептидной цепи из аминокислот - в
определенный момент завершатся. Сигналом к этому
служит попадание в центр рибосомы одного из так
называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА.

32.

33.

34.

1)
Фрагмент
цепи
ДНК
имеет
следующую
последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦГАЦ.
Определите
последовательность
нуклеотидов
во
второй
цепочке
ДНК,
последовательность
нуклеотидов
на
иРНК,
антикодоны
соответствующих
тРНК
и
аминокислотную
последовательность
соответствующего фрагмента молекулы белка,
используя таблицу генетического кода

35.

36. Репарация ДНК

Процесс
восстановления
исходной нативной
структуры
ДНК
называют
репарацией ДНК,
или
генетической
репарацией,
а
системы,
участвующие в нем
– репарационными.

37. Механизмы репарации ДНК

Прямая репарация. Некоторые повреждения ДНК, вызванные
химическими
реакциями,
могут
быть
«исправлены»
находящимися в клетке ферментами.
Например, гуанин (G) может подвергаться реакции с
присоединением метильной группы к атому кислорода в
азотистом основании. Если это не исправить, метил-содержащий
гуанин будет связываться с тимином (Т), а не с цитозином (С) во
время репликации ДНК. У людей и многих других организмов
есть фермент, который может удалить метильную группу,
обратив реакцию, и тем самым вернуть азотистое основание в
нормальное состояние

38.

Механизмы репарации ДНК
Эксцизионная
репарация.
Повреждение
одного или нескольких нуклеотидов ДНК часто
исправляется
удалением
и
заменой
поврежденного участка.
При
эксцизионной
репарации
оснований удаляется только поврежденное
основание.
В
случае
эксцизионной
репарации
нуклеотидов, как и в случае репарации
ошибочно спаренных нуклеотидов удаляются
целиком нуклеотиды.

39.

• Эксцизионная репарация нуклеотидов — это еще один способ
удаления и замены поврежденных оснований. В результате нее
обнаруживаются и корректируются повреждения, которые
искажают форму двойной спирали ДНК. Например, азотистые
основания могут измениться, присоединив к себе громоздкие
группы атомов, в частности, в результате воздействия
химических веществ, содержащихся в сигаретном дыме

40. Механизмы репарации ДНК

Репарация двухцепочечных
разрывов: Существуют два основных способа:
негомологичное соединение концов и
гомологичная рекомбинация. Они используются
для восстановления двухцепочечных разрывов
ДНК (когда вся хромосома разделяется на две
части).

41.

Механизмы репарации ДНК
• При
негомологичном
соединении
концов
два
разорванных
конца
хромосомы
просто
склеиваются обратно. Этот
механизм
восстановления
является
неточным,
в
результате в месте разрыва,
как правило, либо теряются
нуклеотиды,
либо
добавляются
лишние,
что
может привести к мутациям.
Но это в любом случае лучше
потери
целого
фрагмента
хромосомы

42.

Механизмы репарации ДНК
При
гомологичной
рекомбинации
для
восстановления
разрыва
используется
фрагмент
из
гомологичной
хромосомы,
который
соответствует
поврежденной хромосоме (или
из
сестринской
хроматиды,
если ДНК была реплицирована).
В этом процессе две хромосомы
объединяются,
и
неповрежденная
область
гомологичной хромосомы или
хроматиды
используется
в
качестве матрицы для замены
поврежденной области.

43. Ген и генетический код

Ген
участок
молекулы
ДНК,
кодирующий
последовательность аминокислот для синтеза одного
белка. Генетическая информация в ДНК реализуется с
помощью процессов транскрипции и трансляции
1 ген = 1 молекула белка
Поэтому
наследственную
информацию, которую
содержат ДНК называют генетической.
В разных клетках одни гены
"выключены", а другие "активны":
транскрипция идет только с
активных генов. Именно из-за этого
наши клетки отличаются по
строению, функции и форме.

44. Свойства генетического кода

• Триплетность
Каждой аминокислоте соответствует 3 нуклеотида
(триплет ДНК, кодон иРНК). Существует 64 кодона, из
которых 3 являются нонсенс кодонами (стопкодонами)
• Непрерывность (компактность)
Информация считывается непрерывно - внутри гена нет
знаков препинания: так как ген кодирует один белок,
то было бы нецелесообразно разделять его на части.
Стоп-кодоны - "знаки препинания" - есть между
генами, которые кодируют разные белки.

45. Свойства генетического кода

Неперекрываемость
Один и тот же нуклеотид не может принадлежать 2,3 и более
триплетам ДНК/кодонам иРНК. Он входит в состав только одного
триплета.

46. Свойства генетического кода

• Специфичность (однозначность)
Один кодон соответствует строго одной аминокислоте и
никакой другой более соответствовать не может.
• Избыточность (вырожденность)
Одна аминокислота может кодироваться несколькими
кодонами (при этом одну а/к кодируют 3 нуклеотида.)
• Коллинеарность (лат. con — вместе и linea — линия)
Соответствие линейной последовательности кодонов иРНК
последовательности аминокислот в молекуле белка.

47. Свойства генетического кода

Однонаправленность
Кодоны считываются строго в одном
направлении
от
первого
к
последующим.
Считывание
происходит в процессе трансляции.
Универсальность
Генетический код един для всех живых организмов, что
свидетельствует о единстве происхождения всего живого.

48.

1. Масса одного нуклеотида составляет приблизительно
345 у. е., что дает возможность, зная молекулярную
массу ДНК, определить число нуклеотидов в ней.
2. Средняя длина гена около 1000 пар оснований, что
составляет 340 нм вытянутой двойной спирали ДНК.
3. Один нуклеотид в молекуле ДНК занимает 0,34 нм,
что позволяет определить длину того или иного
фрагмента ДНК, зная количество нуклеотидов.
4. При решении задач принято считать, что белок
состоит из 200 аминокислот, а молекулярная масса
одной аминокислоты около 100 у. е.

49.

• Хромосомы
имеются в ядрах
всех клеток.
• Каждая хромосома
содержит
наследственные
инструкции - гены.

50. ХРОМОСОМА (от греч. chroma — цвет, краска + soma — тело) - молекула ДНК, связанная с белками.

Хромосомы бывают 2 видов:
соматические (аутосомы) и половые
(Х и Y) хромосомы.

51. ХРОМАТИН - это основное вещество интерфазного ядра.

В
состав
хроматина входят
ДНК, РНК, белки,
неорганические
ионы.
При
делении
клетки
ДНК
спирализуется,
и
хроматин
преобразуется
в
хромосомы.

52. СТРОЕНИЕ ХРОМОСОМЫ

Хромосома состоит из
двух хроматид.
На хромосоме имеется
первичная перетяжка –
центромера.
Центромера
делит
хромосому на короткое и
длинное плечо.
Конец
хромосомы
называется теломером.
1—хроматида;
2—центромера;
3—короткое плечо;
4—длинное плечо

53.

ЦЕНТРОМЕРА (от центр + греч.
meros — часть) — участок ДНК,
в районе который соединяет
хроматиды.
ХРОМАТИДА (от греч. chroma
- цвет, краска + eidos - вид)
— часть хромосомы, которая
состоит из молекулы ДНК,
соединенной с белками.

54. ДИПЛОИДНЫЙ НАБОР ХРОМОСОМ

В клетках тела двуполых животных и
растений
каждая
хромосома
представлена
двумя
гомологичными
хромосомами, происходящими одна от
материнского, а другая от отцовского
организма.
Такой
набор
хромосом
называют диплоидным (двойным).

55. ДИПЛОИДНЫЙ НАБОР ХРОМОСОМ

КОМАР – 6n
ОКУНЬ – 28n
ПЧЕЛА – 32n
СВИНЬЯ – 38n
МАКАК-РЕЗУС – 42n
КРОЛИК – 44n
КРОЛИК – 44n
ЧЕЛОВЕК – 46n
ШИМПАНЗЕ – 48n
БАРАН – 54n
ОСЕЛ – 62n
ЛОШАДЬ – 64n
КУРИЦА – 78n

56. ГАПЛОИДНЫЙ НАБОР ХРОМОСОМ

Половые клетки, образовавшиеся в
результате мейоза, содержат только
одну
из
двух
гомологичных
хромосом. Этот набор хромосом
называют
гаплоидным
(одинарным).

57. КАРИОТИП - это совокупность числа, величины и морфологии хромосом.

• Каждый вид растений и
животных
имеет
свой
видоспецифичный
кариотип.
• Для
изучения
хромосом
используют
метод
кариотипирования.
• На рисунке (а) представлена
метафазная
пластинка
хромосом человека.
• На рисунке (b) представлена
раскладка
хромосом
человека (с учетом размера
хромосом,
расположения
центромеры).

58.

Хромосомная теория наследования
Т. Моргана
1. Гены расположены в хромосомах, их количество неодинаково.
2. Каждый ген имеет определённое место в хромосомах; в
идентичных
локусах
гомологичных
хромосом
находятся
аллельные гены.
3. Гены расположены в хромосомах линейно.
4. Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу
сцепления и наследуются совместно. Количество групп сцепления
= n (гаплоидный набор хромосом).
5. Сцепление генов может нарушаться в результате кроссинговера.
6. Частота кроссинговера находится в прямой зависимости от
расстояния между генами.
7. Каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом
– кариотип.

59.

Задача №1
Фрагмент правой цепи ДНК имеет следующий нуклеотидный состав:
ГГГЦАТААЦГЦТ…
Определите порядок чередования нуклеотидов в, левой цепи.
Какова длина данного фрагмента молекулы ДНК?
Определите процент содержания каждого нуклеотида в данном
фрагменте.
Задача №2
Химический анализ показал, что 16% общего числа нуклеотидов
данной и-РНК приходится на аденин, 29% - на гуанин, 42% - на
цитозин.
Определите процентный состав азотистых оснований ДНК,
«слепком» с которой является данная и-РНК.

60.

Решение задачи №1
1). По принципу комплементарности строим левую цепь ДНК:
правая цепь Г-Г-Г-Ц-А-Т-А-А-Ц-Г-Ц-Т- … левая цепь Ц-Ц-Ц-Г-Т-АТ-Т-Г-Ц-Г-А- …
2). Так как молекула ДНК двухцепочная, следовательно, ее длина
равна длине одной цепи. Один нуклеотид занимает в молекуле
ДНК 0,34 нм. Отсюда длина данного фрагмента: 0,34 нмх 12 =
4,08 нм
3). Всего в данном фрагменте молекулы ДНК будет
24 нуклеотида.
Из них А = 5, или 20,8%
По правилу Чаргаффа А + Г = А+Ц, А = Т, Г=Ц
Тогда Т = 5 - 20,8%
Г + Ц = 24 - 10=14;
Г = Ц = 7, или 29,2%
https://infourok.ru/zadachi-po-biologii-na-temu-komplementarnostnukleotidov-6796724.html

61.

Задача №3
Молекулярная масса белка X = 50000.
Определите длину фрагмента молекулы соответствующего гена.
Задача №4
Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69000,
из них 8625 приходится на долю адени-ловых нуклеотидов.
Сколько содержится каждого нуклеотида?
Какова длина этой молекулы ДНК?
Задача №5
В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов,
которые составляют 22% от общего количества нуклеотидов этой
ДНК.
Сколько каждого нуклеотида содержится в этой молекуле ДНК?

62.

Задача № 6
Химическое исследование показало, что 30 % общего числа
нуклеотидов данной информационной РНК приходится на урацил,
26 % -на цитозин, 24 %- на аденин. Что можно сказать о
нуклеотидном составе соответствующего участка двух цепочечной
ДНК, слепком с которого является и-РНК?
Задача № 7.
Белок состоит из 158 аминокислот. Какую длину имеет
определяющий его ген, если расстояние между двумя соседними
нуклеотидами в спиральной молекуле ДНК составляет 3,4 ?
Задача № 8
Укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК, образующейся путем
самокоприрования цепочки: ЦАЦЦГТАцАГААТЦГЦТГАТ

63.

Задача № 9
В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т -22% . Определите
процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой
молекуле ДНК.
Задача № 10
Участок молекулы ДНК ( одна цепочка) содержит: 150 нуклеотидов – А,
50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г.
Определите : количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее
количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Задача № 11
1. Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите
число водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что
нуклеотидов с аденином 12, с гуанином 20.

64.

Задача № 12
Участок молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Определите длину
этого участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34
нм)
Задача № 13
Длина участка молекулы ДНК составляет 510нм. Определите число пар
нуклеотидов в этом участке.
Задача № 14
Участок одной цепи молекулы ДНК имеет последовательность
нуклеотидов: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите
последовательность нуклеотидов второй цепи ДНК.
Задача № 15
Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Ц-ТА-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность нуклеотидов
иРНК.

65.

https://yandex.ru/video/preview/4942050305671063830
https://yandex.ru/video/preview/1990398006480683251