Состав и структура ДНК

1. Состав и структура ДНК

2. Характеристика генетического материала

4 свойства:
• Репликация (фундаментальное свойство живого: удвоение
генетического материала и равномерное распределение в дочерние
клетки)
• Хранение информации (большинство клеток содержат
полный набор генов, но в определенные моменты времени
экспрессируется лишь часть этого генетического материала)
• Экспрессия информации ( это часть информационного потока
в клетках: сначала происходит транскрипци ДНК: образуются три типа
РНК: информационная, или матричная (иРНК, мРНК), транспортная
РНК (тРНК), рибосомная РНК (рРНК). Затем трансляция-с иРНК на
белки при участии рибосом и молекул тРНК)
• Вариабельность (мутации)

3. Доказательства роли ДНК

• В 1944 г. Обнаружено, что
при трансформации у
бактерий в качестве
генетического материала
передается именно ДНК. –
Эра молекулярной генетики.
• Опыты по трансформации: Ф.
Гриффит в 1927 г. Рабоатл со
штаммами Diplococcus и
Streptococcus. Заболевание
пневмония (ряд вирулентных
штаммов). Различия в
вирулентности-наличие
полисахаридной капсулы.формировали гладкие
колонии (S), а без капсулы –
шероховатые (R).

4. Доказательства роли ДНК

• Эксперимент Херши-Чейз (использовали радиоизотопный
метод: метили ДНК радиоактивным фосфором, а белкирадиоактивной серой).
• Опыты по трансфекции (заражение клеток-хозяина
вирусной нуклеиновой кислотой)-достаточно для
формирования в инфицированной клетке зрелых фаговых
частиц.
• Доказательства относительно прокариот.

5. Доказательства значения ДНК у эукариот

Прямые: Анализ рекомбинантных ДНК (выделение фрагментов
ДНК у эукариот и встраивание их в бактериальную хромосому, затем
наблюдение за экспрессией генов)
Непрямые:
1. Распределение ДНК (существует корреляция между количеством
хромосом и содержанием ДНК в гаплоидных и диплоидных клетках,
а относительно белка такой корреляции нет)
2. Мутагенез (обработка УФ максимальна по мутагенному эффекту
при длине волны 260 нм, в этой области максимально поглощают
свет ДНК и РНК, белки максимально поглощают при 280 нм, в
отсутсвии заметного мутагенного эффекта)

6. Структура ДНК

• В 1953 г. Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили
модель молекулы ДНК-двуспиральную, опираясь на 2
группы данных:
1. Результаты анализа состава оснований в молекулах ДНК
после гидролиза
2. Дифракционный анализ структуры ДНК с помощью Хлучей

7. Немного из химии нуклеиновых кислот…

• Молекула нуклеиновых кислот состоит из нуклеотидов,
которые в свою очередь состоят из: азотистых оснований,
сахара(пентозы), фосфатной группы.
• Существует 2 основных вида азотистых оснований:
бициклические пурины (аденин, гуанин) и
моноциклические пиримидины (цитозин, тимин,
урацил).
• В составе РНК-рибоза, в составе ДНК-дезоксирибоза.
• Нуклеотид= нуклеозид+ фосфатная группа.
• Важно количество фосфатных групп.
• Нуклеотиды соединяются в цепочки с помощью
фосфодиэфирных связей (олиго и полинуклеотиды)

8. Немного из химии оснований…

• Эдвин Чаргафф и сотрудники, используя хроматографию установили,
что:
1. Количество остатков аденина в ДНК пропорционально количеству
остатков тимина, а количество остатков гуанина пропорционально
количеству остатков цитозина.
2. На основании этих пропорций сумма пуринов (А+G) равна сумме
пиримидинов (С+Т)
3. Процентное содержание G+С не обязательно равно А+Т и различно у
разных организмов.

9. Уотсон и Крик

• ДНК имеет форму двойной спирали со следующими свойствами:
1. Две длинные полинуклеотидные цепи закручены вокруг центральной оси,
формируя правостороннюю двойную спираль.
2. Эти две цепи ориентированы в противоположных направлениях: С`5 и C`3
концы не совпадают.
3. Основания в составе каждой цепи лежат в плоскости, перпендикулярной оси
молекулы и располагаются внутри двойной спирали с интервалом 3,4.
4. Азотистые основания противоположных цепей ДНК спарены с помощью
водородных связей.
5. Полный оборот спирали 3,4 нм или 34 А
6. По длине молекулы чередуются большие и малые бороздки.
7. Диаметр спирали ДНК 2 нм.

10. РНК

• Три основных типа:
1.
2.
3.
Рибосомная (рРНК)
Информационная (иРНК)
Транспортная (тРНК)

11. Репликация ДНК

Способы репликации:
1. Полуконсервативный
2. Консервативный
3. Дисперсивный

12. Эксперимент Мезелсона-Сталя

• В 1958 г. Проведена работа, доказывающая полуконсервативный
способ репликации ДНК.
• Клетки E. coli на азоте 15N
• Центрифугированием разделяли тяжелую и легкую ДНК.
• С каждым последующим поколением
кол-во легкой ДНК увеличивалось.
В 1957 г. Подобный эксперимент
проведен на конских бобах.

13. Репликация у прокариот

• Точки начала репликации (origins)
• Репликационная вилкараскрученная спираль
• Область ДНК, которая
реплицируется, начиная от одной
точки-репликон
• OriC и ter
• ДНК-полимераза I
Условия синтеза ДНК с участием ДНКп-зы I:
1. Наличие всех четырех
дезоксирибонуклеозидтрифосфато
в (dNTP)
2. Наличие ДНК-матрицы

14. ДНК-Полимеразы

1.
2.
3.
ДНК-полимераза I (отвечает за удаление праймера и заполнение
бреши нуклеотидами, проверяет комплементарность новой цепи)
ДНК-полимераза II (участвует в репарации повреждений ДНК,
вызванных внешними факторами, гапр. UV, рентген)
ДНК-полимераза III (проверка комплементарности цепи,
полимеризация цепи во время репликации)

15. Раскручивание спирали ДНК

• 9 и 13-меры- повторы по 9 и 13 оснований
• Белки DnaA, DnaB, DnaC
• Стабилизация открытой конформации с помощью белков SSBP (singlestranded binding proteins)
• Состояние суперскрученности ослабляется с помощью ДНК-гиразыфермента, относящегося к группе ДНК-топоизомераз.
• Молекула ДНК, полимеразный комплекс и участвующие в репликации
ферменты образуют комплекс, наз. реплисомой.

16. Репликация ДНК у прокариот

• Инициация синтеза ДНК ( на ДНК-матрице
с помощью РНК-полимеразы (праймаза)
синтезируется фрагмент РНК,
комплементарный матрице)
• Прерывистый и непрерывный синтез ДНК:
1. Лидирующая и отстающая цепи
2. Фрагменты Оказаки
3. ДНК-лигаза (сшивка фрагментов за счет
фосфодиэфирных связей между
отдельными фрагментами
синтезированной ДНК)
Конкурентный синтез лидирующий и
отстающей цепей ДНК: образование
петли на отстающей цепи

17. Синтез ДНК у эукариот

• Множественные точки начала репликации
• Эукариотические ДНК-полимеразы: 6 форм:
1. Синтез начинается в сайтах А=Т, где происходит раскручивание
спирали.
2. Удаляются гистоновые белки

18. Транскрипция и трансляция