ДНК, её функции. Репликация. Гены. Транскрипция. Генетический код. Виды и функции РНК

1.

ТЕМА 02.
ДНК, ЕЁ ФУНКЦИИ. РЕПЛИКАЦИЯ.
ГЕНЫ. ТРАНСКРИПЦИЯ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД. ВИДЫ
РНК, ФУНКЦИИ РНК. ТРАНСЛЯЦИЯ. БИОСИНТЕЗ
БЕЛКА И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ.
ВИРУСЫ, ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ И
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.
1

2.

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
• Мишер, 1868 – открыл нуклеиновые кислоты
• Уотсон и Крик (+ Розалинд Франклин), 1953 – двойная спираль
2

3.

СТРОЕНИЕ НУКЛЕОТИДА.
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ.
3

4.

ДНК - ЭТО
• Типичный биополимер. Её мономером является нуклеотид.
• Нуклеотиды в пределах одной цепи последовательно соединяются с помощью
фосфодиэфирных связей
• Две цепи в пределах одной молекулы ДНК комплементарны. Цепи соединяются
между собой водородными связями. Кроме того, цепи антипараллельны.
• Вторичная структура ДНК – это двойная спираль. Она стабилизируется с помощью
водородных связей между соседними витками.
• *ДНК является нерегулярным полимером.
4

5.

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ ДНК. СВЯЗИ.
5

6.

ДНК В ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКЕ НАХОДИТСЯ В
ХРОМОСОМАХ
• ДНК имеет множество уровней компактизации (длина
ДНК единственной клетки человека – 2 метра);
• Нуклеосомный, нуклеомерный, хромомерный,
хромонемный, хромосомный
• На картинке – метафазная хромосома -----------
6

7.

ВСПОМНИМ О ЯДРЕ?
• Кариолемма
• Кариоплазма
• Эу- и гетерохроматин
• Ядрышко
7

8.

ФУНКЦИИ ДНК
• Хранение
• Передача
• Реализация
Наследственной информации
8

9.

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
• ДНК передаётся от материнской клетки к дочерней, от поколения к поколению с
помощью репликации – процесса удвоения ДНК. При этом происходит:
• 1) Расхождение двух цепей
• 2) Достраивание второй цепи на каждой из двух «родительских» по принципу
комплементарности
• МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ (от лат. mater — основа, мать) — синтез с использованием
матрицы, - основы. Матрица – готовая структура, в соответствии с которой
синтезируется новая структура. В клетке происходит три типа реакций матричного
синтеза – репликация, транскрипция, трансляция.
9

10.

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
10

11.

ТРАНСКРИПЦИЯ
• «переписывание»
• Это процесс переноса генетической информации с ДНК на РНК.
• Происходящий во всех живых клетках процесс синтеза РНК с
использованием ДНК в качестве матрицы;
11

12.

ТРАНСКРИПЦИЯ
Урацил:
РНК-полимераза «расстёгивает» двойную цепь ДНК.
иРНК может синтезироваться только на одной из
цепей, которая называется «смысловой». Это тоже
происходит в результате подбора комплементарных
рибонуклеотидов. После определённых посттрансляционных модификаций иРНК выходит из
ядра, где служит матрицей для трансляции.
A->У
Т->А
Г->Ц
Ц->Г
12

13.

ТРАНСЛЯЦИЯ - ЭТО
• Процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной
(матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.
13

14.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД
*Триплетность генетического кода
предсказана математикой
**Первым расшифрованным кодоном
стал UUU (фенилаланин)
14

15.

СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА
Кодон=триплет нуклеотидов
1) триплетность
2) однозначность
3) вырожденность
4) универсальность
5) неперекрываемость - кодоны следуют друг за другом, не перекрываясь
6) между кодонами (но не между генами) отсутствуют знаки препинания. В конце
каждого гена стоит один из трёх стоп-кодонов УАА. УАГ. УГА.
• 7) В начале каждого гена стоит АУГ – единственный кодон для метионина.
15

16.

ВИДЫ РНК, ФУНКЦИИ РНК. ТРАНСЛЯЦИЯ.
• В клетке существует три основных вида РНК:
• 1) рибосомальная – рРНК, входит в состав рибосом
• 2) матричная, или информационная – мРНК/иРНК, служит матрицей
для синтеза белка
• 3) транспортная – тРНК, служит переносчиком аминокислот.
ВСЕ ТРИ ВИДА РНК ИГРАЮТ ГЛАВНЫЕ РОЛИ В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА БЕЛКА
16

17.

ТРАНСЛЯЦИЯ (БИОСИНТЕЗ БЕЛКА)
• Итак, матричная РНК попала в
цитоплазму. Здесь рибосома,
распознав определённые
сигналы, собирается на ней таким
образом, чтобы мРНК оказалась
между двух её субъединиц, и
начинается синтез белка.
17

18.

ФУНКЦИИ РНК
Информационная (матричная)
Транспортная
Структурная
Синтетическая (участие в процессе биосинтеза белка, репликации)
Кроме того, у РНК есть регуляторная функция (другие виды РНК)
Функция хранения и передачи наследственной информации (вирусы)
ГИПОТЕЗА РНК-МИРА
18

19.

ПРАВИЛО ЧАРГАФФА
• А=Т
• Г=Ц
• Пурины=пиримидины (А+Г=Т+Ц)
• А+Ц=Г+Т
19

20.

ТРНК – «ЛИСТ КЛЕВЕРА»
20

21.

ДОМАШНЯЯ РАБОТА
• В ЕГЭ – задания 4, 5, 27
• Вариант № 3899226 – Химический состав клетки (4)
• 3899228 – химический состав – соответствия (5)
• 3902587 – биосинтез цепочки (19)
• 3899253 – задача по биосинтезу (27)
21

22.

ЗАДАНИЕ 27 № 11273
• Ген содержит 1500 нуклеотидов. В одной из цепей содержится 150
нуклеотидов А, 200 нуклеотидов Т, 250 нуклеотидов Г и 150
нуклеотидов Ц. Сколько нуклеотидов каждого вида будет в цепи ДНК,
кодирующей белок? Сколько аминокислот будет закодировано данным
фрагментом ДНК?
22

23.

ОТВЕТ
1) В кодирующей цепи ДНК в соответствии с правилом комплементарности
нуклеотидов будет содержаться: нуклеотида Т — 150, нуклеотида А — 200,
нуклеотида Ц — 250, нуклеотида Г — 150. Таким образом, всего А и Т по 350
нуклеотидов, Г и Ц по 400 нуклеотидов.
2) Белок кодируется одной из цепей ДНК.
3) Поскольку в каждой из цепей 1500/2=750 нуклеотидов, в ней 750/3=250
триплетов. Следовательно, этот участок ДНК кодирует 250 аминокислот.
23

24.

ЗАДАНИЕ 27 № 25755
• Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице.
Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок
центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность
нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя
транскрибируемая).
• 5’-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3’
• 3’-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5’
• Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК,
который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’
концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую
будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если
третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ
поясните. Для решения задания используйте таблицу
генетического кода.
24

25.

ОТВЕТ
1. Нуклеотидная последовательность участка тРНК (верхняя цепь по условию
смысловая):
• ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’
• тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’
• 2. Нуклеотидная последовательность антикодона УГА (по условию третий
триплет) соответствует кодону на иРНК УЦА;
3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Сер, которую будет переносить данная тРНК.
25

26.

ПРИМЕЧАНИЕ
• 1. По фрагменту молекулы ДНК, определяем нуклеотидную последовательность участка тРНК, который
синтезируется на данном фрагменте.
ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’
тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’
На ДНК с 3' конца строится тРНК с 5' — конца.
2. Определяем кодон иРНК, который будет комплементарен триплету тРНК в процессе биосинтеза белка.
Если третий триплет соответствует антикодону тРНК 5’- УГА-3’ , для нахождения иРНК сначала произведем запись
в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим 3’-АГУ- 5’, определяем иРНК: 5'–УЦА–3'.
• 3. По таблице генетического кода кодону 5'-УЦА-3' соответствует аминокислота -Сер, которую будет переносить
данная тРНК.
26

27.

ПОЯСНЕНИЕ К СТРОЕНИЮ ДНК В УСЛОВИИ:
• Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается
напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной
водородными связями в парах А-Т и Г-Ц, образуют двухцепочечную молекулу ДНК.
Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится
приблизительно 10 пар оснований.
• Смысловая цепь ДНК — Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует
наследственную информацию.
• Транскрибируемая (антисмысловая) цепь по сути является копией смысловой цепи
ДНК. Служит матрицей для синтеза иРНК (информацию о первичной структуре белка),
тРНК, рРНК, регуляторной РНК.
27

28.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
• Теремов-Петросова 10 кл. стр. 129-138
• https://biomolecula.ru/articles/rnk-nachalo-mir-rnk - комикс о гипотезе
РНК-мира
28

29.

ГЕН - ЭТО
• Структурная и функциональная единица наследственности живых
организмов.
• Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность
определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее,
аллели генов) определяют наследственные признаки организмов,
передающиеся от родителей потомству при размножении.
29

30.

31.

ОРГАНИЗАЦИЯ ДНК У ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ
Наследственный материал прокариот находится в клетках в виде
единственной кольцевой молекулы ДНК, не отделённой от
остальной цитоплазмы какими-либо оболочками – это
нуклеоид, или бактериальная хромосома. Кроме того, в
цитоплазме прокариот встречаются маленькие кольцевые
молекулы ДНК – это плазмиды, как правило несущие гены
устойчивости к антибиотикам. У бактерий репликация всегда
начинается в одном-единственном месте.
ДНК эукариот находится в ядре, окружённом двойной ядерной
мембраной, в виде множества линейных молекул ДНК –
хромосом. Их количество, размер и форма составляют кариотип
–набор хросомом, уникальный для каждого вида признак.
Репликация эукариотических хромосом может начинаться во
многих, хотя и строго определённых, точках.
31

32.

32

33.

ОБРАЗЕЦ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧИ ПО БИОСИНТЕЗУ
33