Передача наследственной информации от ДНК к и-РНК и к белку

1. Передача наследственной информации от ДНК к и-РНК и к белку

ДНК
(фрагмент)
и- РНК
(фрагмент)
Г
Т Г
Ц А Ц
Г У
Г
Г Г А
Ц Ц Т
Т Т Т
А А А
Ц Г Т
Г Ц А
Г А
У У У
Ц Г У
Ц Ц У
А А А
Г
Антикодоны
т- РНК
Полипептид
(фрагмент)
Аргинин
24.12.2017
Ц А Ц
Валин
Глицин
Фенилаланин
Г
Ц А

2. Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез.

Этапы биосинтеза белка:
ДНК репликация ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок
24.12.2017

3. Николай Константинович Кольцов (1872-1940)

Отечественный зоолог,
цитолог, генетик.
Выдвинул идею о том,
что синтез белка идет
по матричному
принципу.
24.12.2017

4. Транскрипция

5. Центральная догма

транскрипция
ДНК
трансляция
РНК
белок
Принцип
копирования
Комплементарность
Генетический
код

6. Транскрипция ДНК → РНК

Синтез РНК по матрице ДНК
ферментом РНК-полимеразой
Первый этап реализации
генетической информации в клетке

7. Гены – транскрибируемые участки ДНК

Транскрибируется не вся ДНК, а
лишь отдельные ее участки – гены.
ДНК одной
хромосомы
РНК
Некодирующая ДНК между генами

8. Строение гена

Регуляторная
часть
Кодирующая часть
Промотор
ДНК
Терминатор
АТГ
Точка начала
транскрипции
5'
STOP
Окончание
транскрипции
РНК-транскрипт
3'

9. Знаки начала и окончания матричных синтезов

транскрипция
ДНК
Знак начала
РНК
Промотор
Знак окончания Терминатор
трансляция
белок
СТАРТ- кодон
СТОП - кодон
Промотор и терминатор – не кодоны, а более длинные
последовательности (до 100 н.п.)

10. Для транскрипции нужны

1. Матрица – ДНК

11. Для транскрипции нужны

Матрица – ДНК
4 субъединицы
2. Фермент – РНК-полимераза

12.

Для транскрипции нужны
3. Мономеры
Активированные нуклеотиды
трифосфаты
ф ф ф
ф ф ф
А
ф ф ф
Г
Ц
ф ф ф
У

13. Принципы транскрипции

Комплементарность
Антипараллельность
Униполярность
Асимметричность

14. Асимметричность

3'
Матричная цепь
А Ц А
Т
У Г
Г
Т Т
5'
Г А А
ДНК
У
Т Ц А А Ц У
Т Т
У
ДНК
5'
Смысловая цепь
3'

15. Этапы транскрипции

16. РНК-полимераза узнает промотор

1. Инициация (начало)
РНК-полимераза узнает промотор
промотор

17.

Промоторы
разных генов
слегка
отличаются.
Есть сильные и
слабые
промоторы.

18. РНК-полимераза движется по гену

2. Элонгация (рост цепочки РНК)
РНК-полимераза движется по гену

19.

3. Терминация
направление транскрипции
Терминатор (знак
конца транскрипции)
В области терминатора
находится инвертированный
повтор, который приводит к
образованию петли на РНК

20. Общие параметры транскрипции

Скорость – около 30 нуклеотидов / сек
Частота ошибок – 1 на 104 нуклеотидов,
т.е. на пять порядков выше, чем при
репликации.
Синтез РНК – гораздо менее точный
процесс, чем синтез ДНК.

21. Единица транскрипции. Сколько генов считывается на одну и-РНК?

У эукариот – 1 ген
У прокариот – оперон: от 1 до 10 генов
Оперон – несколько генов, считываемых
на одну и-РНК у прокариот
73 % оперонов E.coli содержат 1 ген,
Только 6 % - более 3 генов

22. Оперон прокариот

Несколько генов под одним промотором
Терминатор
Промотор
Ген 1
ДНК
АТГ
Ген 2
STOP
STOP АТГ
Окончание
транскрипции
Точка начала
транскрипции
РНК 5'
Ген 1
Ген 3
Ген 2
Ген 3
3'

23.

В опероне собраны не случайные гены, а гены
ферментов одного метаболического пути
ГЕН 1
Ф1
А →
Б
ГЕН 2
ГЕН 3
Ф2
Ф3
→
С → Д
Метаболический путь –
цепочка последовательных химических реакций

24. Транскрипция генов в хромосоме

3'
Р
Ген 1
Р Ген 2
5'
ДНК
5'
Ген 3
Р
Одна хромосома – одна молекула ДНК
– около тысячи генов
Матричной может быть любая из цепей.
Но в одном гене матричная цепь всегда
одна и та же – та, на которой промотор.
3'

25. Основные понятия по теме «Транскрипция»

Ген
Промотор
Терминатор
Матричная цепь ДНК
Смысловая цепь ДНК
Единица транскрипции у эукариот (ген)
и прокариот (оперон)

26. Трансляция

Трансляция — синтез полипептидной цепи на
матрице иРНК.
Синтез белковых молекул
может происходить в
свободных рибосомах
цитоплазмы или
на шероховатой
эндоплазматической
сети.

27. Трансляция

В цитоплазме
синтезируются белки для
собственных нужд клетки,
белки, синтезируемые на ЭПС,
транспортируются по ее
каналам в комплекс Гольджи и
выводятся из клетки.

28. Строение рибосомы: 1 — большая субъединица, 2 — малая субъединица

Рибосомы - очень
мелкие органоиды
клетки, образованные
рибонуклеиновыми
кислотами и белками.
Каждая рибосома
состоит из двух частиц малой и большой.
Основной функцией
рибосом является
синтез белков.
24.12.2017

29. Транспортные РНК

Для транспорта аминокислот
к рибосомам используются тРНК.
В т-РНК различают:
антикодоновую петлю
акцепторный участок.
В антикодоновой петле РНК
имеется антикодон,
комплементарный кодовому
триплету определенной
аминокислоты.

30. Транспортные РНК

Акцепторный участок на
3'-конце способен с
помощью фермента
аминоацил-тРНКсинтетазы присоединять
именно эту аминокислоту (с
затратой АТФ) к участку
ССА.

31. Трансляция

Различают три этапа трансляции
инициацию
элонгацию
терминацию

32. Инициация трансляции

Инициация.
Синтез белка
начинается с того
момента, когда к
5'-концу и-РНК
присоединяется малая
субъединица рибосомы,
в Р-участок которой
заходит метиониновая
т-РНК.

33.

Инициация трансляции
За счет АТФ происходит
передвижение
инициаторного
комплекса (малая
субъединица рибосомы,
т-РНК с метионином) по
НТО до метионинового
кодона АУГ.
Этот процесс называется
сканированием.

34.

Элонгация
Элонгация.
Как только в Р-участок
сканирующего комплекса
попадает кодон АУГ,
происходит
присоединение большой
субъединицы рибосомы. В
А-участок ФЦР поступает
вторая т-РНК, чей
антикодон
комплементарно
спаривается с кодоном иРНК, находящимся в Аучастке.

35.

Инициация. Элонгация.

36.

Элонгация

37.

Элонгация
Пептидилтрансферазный центр большой субъединицы
катализирует образование пептидной связи между
метионином и второй аминокислотой. Отдельного
фермента, катализирующего образование пептидных
связей, не существует.

38.

Элонгация
После образования пептидной связи, рибосома
передвигается на следующий кодовый триплет и-РНК,
метиониновая т-РНК отсоединяется от метионина и
выталкивается в цитоплазму.

39.

Элонгация
В А-участок заходит третья тРНК, и образуется пептидная
связь между второй и третьей аминокислотами.

40.

Терминация
Скорость передвижения рибосомы по и-РНК - 5–6
триплетов в секунду, на синтез белковой молекулы,
состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке
требуется несколько минут.

41.

Терминация
Когда в А-участок попадает кодон-терминатор
(УАА, УАГ или УГА), с которым связывается особый
белковый фактор освобождения, полипептидная цепь
отделяется от т-РНК и покидает рибосому. Происходит
диссоциация, разъединение субъединиц рибосомы.

42.

Терминация
Многие белки имеют лидерную
последовательность – 15-25
аминокислотных остатков,
«паспорт» белка, определяющий
его локализацию в клетке – в
митохондрию, в хлоропласты, в
ядро.
В дальнейшем ЛП удаляется.

43.

Терминация
Первым белком, синтезированным искусственно, был
инсулин, состоящий из 51 аминокислотного остатка.
Потребовалось провести 5000 операций, в работе
принимали участие 10 человек в течение трех лет.

44.

Биосинтез белка
24.12.2017

45. Трансляция– перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.

мРНК
Г Ц
Ц
У
А У
ЦА
У
АГ У
а/к
а/к
УУГ
ЦА
У
ГУ
А
а/
к

46.

Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке
тРНК.
Кодон– триплет нуклеотидов на и-РНК.
Водородные связи между
комплементарными нуклеотидами
мРНК
Г Ц
Ц
У
А У
ЦА
У
АГ У
УУГ
Ц А
А
а/
к
У
а/
к
а/к

47.

мРНК
ЦА
У
АГ У
Ц А
А
Г Ц
Ц
У
А У
У
УУГ
а/
к
Пептидная
связь
а/к
а/
к

48.

И-РНК на рибосомах
белок

49.

Найдите ошибки в тексте:
1) Генетическая информация заключена в
последовательности нуклеотидов в
молекулах нуклеиновых кислот; 2) Она
передаётся от и-РНК к ДНК; 3)
Генетический код записан « на языке РНК»;
4) Код вырожден, т.к. одна аминокислота
кодируется более чем одним кодоном; 5)
Каждый кодон шифрует только одну
аминокислоту.; 6) Кодон состоит из 4-х
нуклеотидов.

50.

Определите последовательность реакций
матричного синтеза белка:
А) объединение и-РНК с рибосомой
Б) ферментативный разрыв водородных
связей молекулы ДНК
В) синтез и-РНК на одной из цепей ДНК
Г) объединение т-РНК с рибосомой и
узнавание своего кодона
Д) присоединение аминокислоты к т-РНК
Е) отделение белковой цепи от т-РНК

51.

Определите последовательность этапов
трансляции:
1) Синтез и-РНК на ДНК
2) Присоединение аминокислоты к т-РНК
3) Доставка аминокислоты к рибосоме
4) Перемещение и-РНК к рибосоме
5) Нанизование рибосом на и-РНК
6) Присоединение двух молекул т-РНК с
аминокислотами к и-РНК
7) Взаимодействие аминокислот,
присоединённых к и-РНК, образование
пептидной связи

52.

Соотнесите вещества и структуры, участвующие в биосинтезе белка с их
функциями:
ВЕЩЕСТВА И СТРУКТУРЫ
ФУНКЦИИ
1) Участок ДНК
А) Переносит информацию
на
2) и-РНК
рибосомы
3) РНК- полимераза
Б) Место синтеза белка
4) Рибосома
В) Фермент,
обеспечивающий синтез
5) Полисома
и-РНК
6) АТФ
Г) Источник энергии для
реакций
7) Аминокислота
Д) Мономер белка
Е) Ген, кодирующий
информацию о
белке
Ж) Место сборки
одинаковых белков

53. Типы задач

Установление
последовательности нуклеотидов в ДНК,
иРНК, антикодонов тРНК, используя принцип
комплементарности.
Вычисление количества нуклеотидов, их процентное
соотношение в цепи ДНК, иРНК.
Вычисление количества водородных связей в цепи ДНК,
иРНК.
Определение дины, массы ДНК, иРНК.
Определение последовательности аминокислот по
таблице генетического кода.
Определение массы ДНК, гена, белка, количества
аминокислот, нуклеотидов.
Комбинированные .

54.

ДНК
РНК
( дезоксирибонуклеиновая кислота)
(рибонуклеиновая кислота)
две цепи в спирали
одна цепь
состоят из нуклеотидов
Строение нуклеотида
1 дезоксирибоза
1 рибоза
2 остаток фосфорной кислоты
2 остаток фосфорной кислоты
3 азотистое основание:
3 азотистое основание:
А- аденин
А- аденин
Г – гуанин
Г – гуанин
Ц – цитозин
Ц – цитозин
Т - тимин
У - урацил
А-Т, Г-Ц
Принцип комплементарности
А-У, Г-Ц
Между азотистыми основаниями водородные связи
А = Т двойная ,
Г ≡ Ц тройная
Правила Чаргаффа
А=Т, Г=Ц А+Г = Т+Ц ( 100% в 2-х цепях)
*азотистые основания : 1. Пуриновые – А, Г
Функция: хранение наследственной информации
*Спираль ДНК:
1.Ширина 2 нм
2.Шаг спирали 10 пар нуклеотидов 3,4 нм
3.Длина нуклеотида 0, 34 нм
4.Масса ДНК 6·10-12
( 100 % в 1-й цепи)
2. Пиримидиновые – Ц, Т,У
Виды РНК и их функции:
1. иРНК или мРНК – 5%, считывает информацию с ДНК
и переносит её к рибосоме
2. тРНК – 10%, переносит аминокислоту
3. рРНК – 85%, входит в состав рибосом

55. Первый тип задач - задачи на установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК

Участок правой цепи молекулы ДНК имеет
последовательность нуклеотидов:
А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите
последовательность нуклеотидов левой цепи ДНК.
Дано:
ДНК
А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т
Решение: ( нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по
принципу комплементарности А-Т, Г-Ц)
ДНК А Г Т Ц Т А А Ц Т Г А Г Ц А Т
ДНК
ТЦ А Г А Т Т Г А Ц Т Ц Г Т А
Ответ : левая цепь ДНК имеет последовательность
нуклеотидов Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А

56. Второй тип задач - на вычисление количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК.

В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т -22% . Определите процентное содержание
нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой молекуле ДНК.
Дано: Т -22%
Найти: % А, Г, Ц
Решение 1:
согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%.
Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
22+22=44% ( А+Т)
100- 44 =56% (Г+Ц)
Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому
56 : 2 =28% (Г, Ц)
Решение 2:
согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% или А+Г и Т+Ц по
50 %
Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
следовательно 50 - 22=28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны)
Ответ : А=22%, Г=28%, Ц=28%

57. *Третий тип задач на вычисление количества водородных связей.

Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите
число водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что
нуклеотидов с аденином 12, с гуанином 20.
Дано: А-12, Г-20
Найти: водородных связей в ДНК
Решение:
А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны
Между А и Т двойная водородная связь, поэтому 12х2=24 связи
Между Г и Ц тройная водородная связь, поэтому 20х3=60 связей
24+60=84 водородных связей всего
Ответ: 84 водородных связей.

58. *Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК

Участок молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Определите длину этого
участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм)
Дано: 60 пар нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм
60х0,34= 20,4 нм
Ответ: 20,4 нм
Длина участка молекулы ДНК составляет 510нм. Определите число пар нуклеотидов в
этом участке.
Дано: длина участка ДНК 510нм
Найти: Определите число пар нуклеотидов
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм
510:0,34= 1500 нуклеотидов
Ответ: 1500 нуклеотидов

59. Пятый тип задач - определение последовательности аминокислот по таблице генетического кода.

Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТГГАГТГАГТТА.
Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны тРНК и
аминокислотную последовательность фрагмента молекулы белка.
Дано: ДНК Т-Г-Г-А-Г-Т-Г-А-Г-Т-Т-А
Найти: иРНК, тРНК и аминокислотную последовательность белка
Решение: на участке ДНК по принципу комплементарности (А-У, Г-Ц) построим иРНК,
затем по цепи иРНК построим тРНК по принципу комплементарности ( А-У, Г-Ц)
ДНК Т- Г- Г- А- Г- Т- Г- А- Г- Т- Т- А
иРНК А-Ц-Ц-У- Ц- А- Ц- У- Ц- А- А- У
тРНК У- Г- Г- А -Г- У- Г -А- Г- У- У-А
иРНК разделим на триплеты и по таблице генетического кода определим
аминокислотную последовательность белка:
А-Ц-Ц тре, У-Ц-А сер, Ц-У-Ц лей, А- А-У асн.
Ответ : иРНК А-Ц- Ц-У- Ц- А-Ц-У-Ц-А- А-У
тРНК У- Г -Г- А- Г-У- Г-А-Г- У- У-А
аминокислотную последовательность белка :тре, сер, лей, асн

60. Шестой тип задач - определение массы белка, количества аминокислот, нуклеотидов.

1. Фрагмент молекулы ДНК содержит 1230 нуклеотидных остатков. Сколько
аминокислот будет входить в состав белка?
Дано: 1230 нуклеотидов
Найти: количество аминокислот
Решение:
Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотда, поэтому 1230:3= 410 аминокислот.
Ответ: 410 аминокислот.
2. Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий белок из 210 аминокислот?
Дано: 210 аминокислот
Найти: количество нуклеотидов
Решение:
Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотда, поэтому 210х3=630 нуклеотидов
Ответ: 630 нуклеотидов

61. Комбинированные задачи

* Белок состоит из 100 аминокислот. Установите, во сколько раз молекулярная
масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу
белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты -110, а нуклеотида - 300.
Дано:
100 аминокислот,
молекулярная масса аминокислоты -110,
молекулярная масса нуклеотида - 300.
Найти : во сколько раз масса гена превышает массу белка.
Решение:
Так как ген - это участок ДНК, состоящий из нуклеотидов, то определим их
количество: одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида ,
то 100х3=300 нуклеотидов.
Молекулярная масса белка 100х110=11000,
Молекулярная масса гена 300х300=90000
Молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает
молекулярную массу белка: 90000: 11000 =8 раз
Ответ : в 8 раз

62. Задача № 2

Укажите изменения в строении пептида,
если в кодирующей цепи ДНК (ГТА-ГЦТААА-ГГГ) гуанин из положения 1
перешел в 8 положение.

63.

Задача 1.
Достроить вторую цепочку молекулы
ДНК, имеющую следующую
последовательность нуклеотидов в
одной цепи: АТТЦГАЦГГЦТАТАГ.
Определить ее длину, если один
нуклеотид составляет 0,34 нм по длине
цепи ДНК.

64.

Задача 2. В молекуле ДНК
тимидиловый нуклеотид составляет
16% от общего количества нуклеотидов.
Определите количество (в процентах)
каждого из остальных видов
нуклеотидов.

65.

Задача 3. Химический анализ показал,
что 28% от общего числа нуклеотидов
данной и-РНК приходится на адениловые,
6% - на гуаниловые, 40% - на уридиловые
нуклеотиды. Каков должен быть
нуклеотидный состав соответствующего
участка одной цепи гена, информация с
которого «переписана» на данную и-РНК?

66.

Сколько содержится тимидиловых,
адениловых и цитидиловых нуклеотидов
(в отдельности) во фрагменте молекулы
ДНК, если в нем обнаружено 880
гуаниловых нуклеотидов, которые
составляют 22 % от общего количества
нуклеотидов в этом фрагменте молекулы
ДНК?
Какова длина этого фрагмента ДНК?

67.

Укажите последовательность нуклеотидов в
обеих цепочках фрагмента ДНК, если
известно, что РНК, построенная на этом
участке ДНК, имеет следующее строение
АГУАЦЦГАУАЦУУГАУУУАЦГ.
Какова длина этого фрагмента ДНК, если
длина одного нуклеотида 0,34 нм?

68. Задачи по теме «Свойства генетического кода»

Задача 1. В белке содержится 51
аминокислота.
Сколько нуклеотидов будет в цепи гена,
кодирующей этот белок, и сколько - в
соответствующем фрагменте молекулы
ДНК?

69.

Задача 2. В кодирующей цепи гена
содержится 600 нуклеотидов. Сколько
аминокислот содержится в молекуле
белка, информация о которой
закодирована в этом гене, если в конце
гена имеются два стоп - триплета?

70.

Задача 3. В белке содержится 25
аминокислот.
Сколько нуклеотидов содержится в
кодирующей цепи гена, если три «знака
препинания» стоят в конце гена?

71.

Задача 4. Длина фрагмента молекулы
ДНК
бактерии равняется 20,4 нм. Сколько
аминокислот будет в белке,
кодируемом данным фрагментом ДНК?

72.

Задача 5. Длина гена 34,68 нм. Какова
масса молекулы белка, кодируемой
данным геном, если по одному
регуляторному триплету находится в
начале и в конце гена, длина одного
нуклеотида - 0,34 нм, а масса одной
аминокислоты - 100 а. е.?

73.

Пользуясь таблицей генетического
кода,
определите, какие аминокислоты
кодируются триплетами
ЦАТ, ТТТ, ГАТ. Какими триплетами в
ДНК закодированы
аминокислоты валин, фенилаланин,
триптофан?

74.

С какой последовательности мономеров
начинается полипептид, если в гене он
закодирован
следующей последовательностью нуклеотидов:
ГТТЦТААААГГГЦЦЦ? Как изменится
последовательность мономеров полипептида,
если под воздействием облучения между
восьмым и девятым нуклеотидами гена
встроится тимидиловый нуклеотид?

75.

Участок гена имеет следующее строение:
ЦГГ-АГЦ-ТЦА-ААТ. Укажите строение
соответствующего участка того белка,
информация о котором содержится в
данном гене. Как отразится на строении
белка удаление из гена четвёртого
нуклеотида?

76.

Дан фрагмент полипептидной цепи: валгли-фен-арг. Определите структуру
соответствующих т-РНК, и-РНК, ДНК.
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНКматрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором
синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов:
АТАГЦТГААЦГГАЦТ. Установите нуклеотидную
последовательность участка т-РНК, который
синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту,
которую будет переносить эта т-РНК в процессе
биосинтеза белка, если третий триплет соответствует
антикодону т-РНК. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.

77.

Под воздействием
азотистой кислоты
цитозин превращается в гуанин. Как
изменится строение синтезируемого
белка вируса табачной мозаики с
последовательностью аминокислот :
серин-глицин-серин-изолейцинтреонин-пролин, если все цитозиновые
нуклеотиды подверглись действию
кислоты?