? из зала сколько пар нуклеотидов в одном гене?
Размер генома
Первая рентгенограмма молекулы ДНК
В-семейство ДНК
«Розалинд Франклин: забытая леди ДНК»
?
Скульптура ДНК в Кембридже
ДНК - символ науки
Джеймс Уотсон, оплативший установку в Кембридже скульптуры ДНК, настоял, чтобы на её основании было написано:
Z-семейство ДНК
Хромосомы с местами локализации G-квадродуплексов
?
?
?
?
Репликация вируса иммунодефицита человека в клетке
Механизм репликации ДНК
Механизм репликации ДНК
Механизм репликации ДНК
Механизм репликации ДНК
(1957 г.)
Характеристики процесса репликации
Почему хранитель информации ДНК?
Почему хранитель информации ДНК?
Почему хранитель информации ДНК?
Резюме
Резюме
Резюме
2.54M
Категория: БиологияБиология

Молекулярная биология клетки. Основные концепции современной молекулярной биологии

1.

Курс «Молекулярная биология клетки»
Основные концепции современной молекулярной биологии.
• Структура и стабильность генома. Структура ДНК,
процессы репликации ДНК, репарации и пространственной
организации генома.
• Реализация наследственной информации. Процессы,
лежащие в основе "работы" (экспрессии) генов —
транскрипция, трансляция. Жизненный цикл мРНК и
посттрансляционная судьба белковых молекул.
• Клетка и окружающая среда. Взаимодействие клетки с
окружающими её клетками через прямые межклеточные
контакты и химические сигналы. Обмен веществ
(метаболизм) и клеточный цикл.

2.

Источники:
https://www.coursera.org/
https://stepic.org/
http://postnauka.ru/
http://vk.com/molbio
http://icg.nsc.ru/lectures/
Курсы лекций и презентации:
«Молекулярная биология и генетика»
«Молекулярная биология клетки»
https://stepik.org
Дейч К.О "О геномах" СФУ.
Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P.
Molecular Biology of the Cell; издание 5-ое или 6-ое.
(«Молекулярная биология клетки», в 2-х томах,
переведено на русский язык издательством НИЦ
"Регулярная и хаотическая динамика" ).

3.

Лекция 2.
Структура ДНК и её воспроизведение
•из чего состоят нуклеотиды и как они объединяются в
цепочку ДНК; Формы ДНК.
•как происходит копирование молекулы ДНК (репликация) и
как был доказан основной принцип этого процесса;
•какие стадии репликации ДНК выделяют, и что происходит в
ходе этих стадий.
•и конечно немного истории…

4. ? из зала сколько пар нуклеотидов в одном гене?

Срочно в номер …Новые дебаты!
«Спустя пятнадцать лет после
того, как геном человека был
секвенирован, исследователи
все еще не могут договориться о
том, сколько генов он содержит »

5. Размер генома

http://www.bibliotekar.ru/llDNK2.htm
https://laba.media/materials/geneticheskaia-laboratornaia-2019-metodichka
Вид
Размер генома,
пары
нуклеотидов,
п.н.
Кол-во генов, шт. Средний размер
одного гена, п.н.
Человек
3.3 Gb
30-40 тыс.
3 Млрд
20-30 тыс.
50 тыс.
Высокая вариабельность размера одного гена:
20 п.н. – ген эндорфина (удовольствие)
700 п.н. – ген интерферона (защита)
2.5 млн. п.н. – ген мышечного белка (движение)

6.

https://laba.media
Сколько генов в геноме человека?
Ответ - 20 тысяч. Это только оценка, но по порядку величины –
20 тысяч генов на сегодня считается наиболее близким к
действительности значением.
Наша оценка количества генов зависит от определения гена.
1) По определению Гуттмана, Гриффитса, Сузуки и Куллиса,
ген – это отрезок ДНК, ответственный за производство
отдельного вида белка. Тогда генов около 20 000 шт.
2) Если мы к ним добавим второе определение – гены,
кодирующие РНК ( (независимо от того, транслируется ли она в
белок), оценку нужно будет увеличить. Но порядок останется
тот же.

7.

Базы данных генов, функциональным продуктом которых
являются РНК, резко выросли за десятилетие,
и текущие каталоги генов человека теперь содержат
больше генов, кодирующих РНК, чем белки.
https://biomolecula.ru/articles/skolko-u-nas-genov

8.

9. Первая рентгенограмма молекулы ДНК

В 1950 г. получена
рентгенограмма ДНК.
Нуклеотиды
располагаются друг от
друга на расстоянии
0.34 нм, а на одном
витке спирали их 10.
Один виток составлял
Морис Уилкинс 3,4 нм, а диаметре
Рентгенограмма волокон
(1916-2004)
молекулы ДНК
ДНК кишечной палочки,
https://indicator.ru/medic составлял 2 нм.
полученная М. Уилкинсом
ine/moris-uilkins.htm

10.

http://bono-esse.ru/blizzard/ais.html

11. В-семейство ДНК

В-ДНК
наиболее
часто
встречается in vivo и
характеризуется наличием
большой и малой бороздок.

12.

В-семейство ДНК
С-ДНК имеет структуру, сходную с В-ДНК. Пары
оснований наклонены на отрицательный угол 8 град.
относительно перпендикулярного к оси положения,
поэтому расстояние между нуклеотидами вдоль оси
спирали несколько меньше, чем в В-ДНК.
D-ДНК - по сравнению с B-ДНК эта спираль закручена
сильнее.
Т-ДНК
- фрагмент ДНК Ti-плазмиды или Riплазмиды, содержащий 7 генов. Внедряется в
ядерный геном клетки-хозяина при индукции
Agrobacterium - опухоли (корончатого галла) у
растения.

13.

Ti-плазмида
(от англ. tumor inducing — «вызывающий опухоль»)
•Вред. Бактерии, вызывающие заболевания у
растений. Agrobacterium tumefaciens, вызывает
появление галлов.
•Польза. Азотфиксирующие бактерий, вызывают
образование клубеньков на корнях бобовых
растений (например, Rhizobium). Гены
плазмиды необходимы для формирования
клубеньков и фиксации азота.
Craig Mabbett
Lutterworth Road Dunton Bassett
06 April 2016

14.

•Плазмида может обеспечить своего обладателя
новыми метаболическими путями:
сбраживать лактозу, сахарозу, выполнять
гидролиз мочевины или образовывать
сероводород.
•У Pseudomonas putida имеется плазмида pWWO, содержащая гены ряда ферментов,
которые превращают циклические углеводороды
толуол и ксилол в бензоат. Далее бензоат
разрушается до метаболитов, которые могут быть
использованы в биосинтетических процессах или
для получения энергии.
Pseudomonas putida может расти в условиях,
когда толуол является единственным
источником углерода.
Польза. Способность бактерий разлагать вредные
для окружающей среды соединения составляет
основу биоремедиации.

15. «Розалинд Франклин: забытая леди ДНК»

Английский биофизик и
учёный-рентгенограф,
Получила качественные
рентгенограммы структуры ДНК
и подготовила почву для
выводов о структуре ДНК,
сделанных Джеймсом Уотсоном
и Фрэнсисом Криком.
1920-1958 гг.

16. ?

https://indicator.ru/medicine/moris-uilkins.htm

17. Скульптура ДНК в Кембридже

https://indicator.ru/medicine/moris-uilkins.htm

18. ДНК - символ науки

«I don't have a Nobel Prize, I have the Nobel
prize»
«У меня не просто Нобелевская премия, а
та самая Нобелевская премия».
Джеймс Уотсон

19. Джеймс Уотсон, оплативший установку в Кембридже скульптуры ДНК, настоял, чтобы на её основании было написано:

•«Эти цепи расплетаются в ходе репродукции клетки. Гены
закодированы последовательностью оснований»
•«Модель двойной спирали создана благодаря работам
Розалинд Франклин и Мориса Уилкинса»
На спиралях же начертано:
•«Структура ДНК была установлена в 1953 году Фрэнсисом
Криком и Джеймсом Уотсоном, жившим здесь в Клэре»
•«Молекула ДНК имеет две спирально закрученные цепи,
которые связаны парами оснований "аденин — тимин" или
"гуанин — цитозин"»

20.

А-семейство ДНК
A-ДНК
правозакрученная
двусхпиральная молекулу ДНК. Пары
оснований в А-форме очень сильно
отодвинуты от оси спирали к
периферии молекулы. ДНК может
переходить
в
А-форму
при
пониженной относительной влажности
Биологическая роль
А-форма ДНК необходима для
образования ДНК-РНК комплексов.
А-форма образуется во время
транскрипции
и
обратной
транскрипции.
А-форма устойчивее к УФ-излучению,
споры грибов содержат именно эту
форму.

21. Z-семейство ДНК

Z-ДНК — левозакрученная
спираль.
ДНК в Z-форме характерно для
некоторых энхансеров. При
понижении
влажности,
увеличении
концентрации
солей
в
Z-форму
чаще
переходят участки молекулы,
богатые CpG-повторами.
Энхансер (англ. enhancer — усилитель, увеличитель) — участок ДНК,
который после связывания с ним факторов транскрипции стимулирует
транскрипцию с основных промоторов гена или группы генов.

22. Хромосомы с местами локализации G-квадродуплексов

Структура G-квадродуплекса
Biffi, G., et al., Nature Chemistry, 2013

23. ?

• Какую длину (в нм) будет иметь линейный
фрагмент молекулы ДНК, содержащий 200
пар нуклеотидов? Округлите ответ до целого.
• Какое обозначение используется для
наиболее распространенной структуры
молекулы ДНК?
А-форма Z-форма C-форма B-форма

24.

25. ?

Выберите верные утверждения относительно
структуры ДНК:
1) Основная форма ДНК представлена левозакрученной
спиралью;
2) В основе формирования сахарофосфатного остова лежит
образование ковалентных связей дезоксирибозы с
остатками фосфорной кислоты;
3) Мономерами цепи ДНК являются нуклеозиды;
4) На противоположных концах нити ДНК содержится
фосфатная группа (5'-конец) и свободная гидроксильная
группа (3'-конец);
5) Правило комплементарности связано с образованием
водородных связей между А-Т и Г-Ц парами нуклеотидов.

26. ?

• Вам дана последовательность ДНК:
5' ATTGCCACTG 3'
Запишите обратную комплементарную
последовательность в соответствии с правилом
записи последовательностей

27.

28. ?

• Какие процессы являются матричными:
Обратная транскрипция
Транскрипция
Трансляция
Репликация

29. Репликация вируса иммунодефицита человека в клетке

30. Механизм репликации ДНК

• После открытия Д.Уотсоном и Ф.Криком
(1953 г.) двойной спирали ДНК было
предложено несколько возможных
механизмов её репликации.

31. Механизм репликации ДНК

• Гипотеза полуконсервативной репликации
ДНК – каждая дочерняя двойная спираль ДНК
состоит из одной старой (матричной) цепи и из
одной вновь синтезированной цепи.

32. Механизм репликации ДНК

• Гипотеза консервативной репликации ДНК материнская двойная спираль как целое
выступает в качестве матрицы для синтеза
дочерней спирали, состоящей из двух новых
цепочек (большая роль гистонов в процессе
репликации).

33. Механизм репликации ДНК

• Гипотеза дисперсной репликации ДНК
(предложил Макс Дельбрюк) – для решения
проблемы раскручивания длинных дуплексов
при копировании ДНК.

34. (1957 г.)

35.

́ ия (от лат. replicatio —
Репликац
возобновление) — процесс
синтеза дочерней молекулы
Инициация
Элогнация
Терминация

36. Характеристики процесса репликации

• Матричный — последовательность синтезируемой цепи ДНК
однозначно определяется последовательностью материнской
цепи в соответствии с принципом комплементарности;
• Полуконсервативный — одна цепь молекулы ДНК,
образовавшейся в результате репликации, является вновь
синтезированной, а вторая — материнской;
• Направление от 5’-конца новой молекулы к 3’-концу;
• Полунепрерывный — одна из цепей ДНК синтезируется
непрерывно, а вторая — в виде набора отдельных коротких
фрагментов (фрагментов Оказаки);
• Начинается с определённых участков ДНК, которые
называются сайтами инициации репликации (англ. origin).

37. Почему хранитель информации ДНК?

•Наличие дезоксирибозы вместо рибозы в составе
сахарофорсфатного остова делает ДНК значительно
более устойчивой по сравнению с РНК. ДНК
выдерживает диапазон изменения pH от 2 до 10 без
потери нативной двухцепочечной структуры.
•Воздействие высокой температуры может привести к
плавлению водородных связей между азотистыми
основаниями. Этот процесс приводит к расхождению
двух нитей ДНК и называется денатурацией, однако
он обратим, и молекула легко восстанавливает
исходную двуцепочечную структуру при понижении
температуры.

38. Почему хранитель информации ДНК?

•У ДНК есть разнообразные формы. В-форма ДНК
сохраняется при выделении ДНК при высокой
влажности. При пониженной влажности, что
возможно, например, при хранении ДНК в спиртовом
растворе, может образовываться А-конформация,
представляющая собой немного иначе скрученную
спираль. На один виток в ней приходится 11 пар
оснований, участки с азотистыми основаниями не
перпендикулярны оси молекулы, а образуют угол в 70
градусов, что приводит к образованию внутри
молекулы полости. Подобная форма ДНК
обнаруживается в естественных условиях во время
транскрипции.

39. Почему хранитель информации ДНК?

• Существует особая конфигурация, называемая Zформой. В таком состоянии обычно пребывает ДНК,
обогащенная ГЦ-нуклеотидами в своём составе. Она
представляет собой левозакрученную спираль, в
отличие от А- и В-форм, На один виток такой спирали в
Z-форме приходится 12 пар оснований. Z-ДНК может
обеспечивать сверхспирализацию ДНК, что также
важно во время транскрипции.

40. Резюме

•ДНК представлена двуцепочечной правозакрученной
спиралью, существующей в организме в В-форме. На один
виток, составляющий в длину 3.4 нм, приходится 10 пар
оснований.
•В структуре молекулы ДНК выделяют конец со свободной
OH-группой (3’ конец) и конец с фосфатной группой (5’
конец). Согласно стандартным правилам записи,
последовательности ДНК представляют от 5’ конца к 3’.

41. Резюме

•Комплементарность оснований в молекуле ДНК (А-Т, Г-Ц)
обсуловлена формирванием между этими основаниями
термодинамически эффективных водородных связей.
•Между нуклеотидами А-Т образуется 2 водородные
связи, а между Г и Ц – 3. Из-за того, что в паре А-Т
образуется меньше водородных связей, то эта пара
нуклеотидов будет более подвержена разрыву, как и
цепочка обогащенная большим количеством АТ будет
расплетаться с меньшими затратами энергии.

42. Резюме

•Репликация — воспроизведение молекулы ДНК —
возможна благодаря комплементарности оснований.
Процесс репликации лежит в основе передачи
наследственной информации, то есть является ключевым
для передачи информации в ряду поколений.
•Репликация ДНК проходит по полуконсервативному
механизму. Это означает, что каждая дочерняя
двуцепочечная молекула ДНК содержит одну исходную
(родительскую) и одну новосинтезированную (дочернюю)
цепь.
•В репликации, как и в любом матричном процессе,
выделяют три основные стадии: инициацию, элонгацию и
терминацию.

43.

Спасибо за внимание!
English     Русский Правила