Структура ДНК. Модель Дж. Уотсона и Ф. Крика. Свойства и функции наследственного материала.

ДНК состоит из двух цепей, комплементарных друг другу и антипараллейных.

1) Комплементарнсть: А=Т; Ц=Г;

2) Антипараллельность –5’- конец одной цепи соединяется с 3’-концм другой, и наоборот;

3) Количество пуриновых оснований ( А+Г) = количество пиримидиновых оснований ( Т+Ц);

4) Пространственная конфигурация молекулы ДНК представляет правозакрученную двойную спираль, в которой азотистой основание ориентировано внутрь спирали.

Биологическая роль ДНК:

· Хранение

· Самовоспроизведение ( репликация)

· Передача наследственной информации от клетки к клетки

Самовоспроизведение генетического материала. Репликация ДНК.

Репликация ДНК – процесс, приводящий к удвоению молекулы ДНК

Полуконсервативный путь комплементарности – клетка дочерняя молекулы ДНК состоит из 1 материнской и 1 вновь синтезируемой нити.

Ф – ДНК-полимераза, репликон – участок молекулы ДНК, на котором происходит репликация

У прокариот 1 репликон, у эукариот – несколько на каждой хромосоме

В репликационной вилке: расплетение молекулы ДНК ( Ф- геликазы), на одной цепи – непрерывно, на другой – прерывно.

Этапы репликации на отстающей цепи:

1.Синтез РНК-затравки (праймера) Ф- РНК-полимераза

2.Синтез фрагментов Оказаки (длина 100-150 п.н.)

3.Вырезание праймеров

4.Сшивание фрагментов Оказаки, Ф- лигаза

Организация наследственного материала и про- и эукариот. Классификация нуклеотидных последовательностей в геноме эукариот (уникальные, среднеповторяющиеся, высокоповторяющиеся).

Геном – совокупность всей ДНК в гаплоидном наборе хромосом данного вида.

Геном прокариотической клетки организован в виде нуклеоида — комплекса ДНК с негистоновыми белками .

В 70г. Бригген и Дэвидс – ДНК эукариот содержит разные степени повторяемости.

Типа последовательностей:  

• уникальные – в одном экземпляре(структурные гены, кодирующие белки)
• среднеповторяющиеся – повторяются 10-100 раз (рРНК, тРНК,гистоны)
• высокоповторяющиеся – до одного млн. копий, не содержит генов, т.е. является неинформативными

Менее 20% ДНК генома информативны; 80% неинформативны: спейсеры – участвуют ДНК, разделяющие гены), саттелитная ДНК (молчащая)

Ген, его свойства. Особенности организации генов про- и эукариот. Генетический код как способ записи наследственной информации, его свойства.

Ген – функциональная единица наследственности, участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре белка или РНК.

Свойства гена:

• Важнейшим свойством гена является сочетание высокой устойчивости, неизменяемости в ряду поколений со способностью к наследуемым изменениям – мутациям, которые являются источником изменчивости организмов и основой для действия естественного отбора

Генетический код – способ записи информации о структуре белков в молекуле ДНК. Система расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, контролирующая последовательность расположения аминокислот в молекуле белка.

●специальный кодон – инициатор АУГ, служащий сигналом, запускающим трансляцию белка на рибосоме

●кодоны-терминаторы – УАА, УАГ и УГА, стоп – сигналы, прекращающие трансляцию.

Свойства генетического кода:

●Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

●Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

●Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

●Специфичность — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте ●Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

●Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека

●Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

Особенности строения гена у эукариот:

Гены имеют мозаичное строение и состоят из типов участков – экзонов и интронов

Экзоны – участки гена, несущие информацию о структуре белка.

Интроны – участки гена, не несущие информацию о структуре белка, но выполняющие регулирование гена.

Реализация генетической информации. Основные этапы: транскрипция и посттранскрипционые процессы, трансляция и посттрансляционные процессы.

Транскрипция - синтез РНК на матрице ДНК.

Функциональной единицей является участок ДНК, состоящий из 3 частей:

1) Промотор(П) – участок ДНК перед структурным геном, с которым связывается Ф-РНК-полимераза

2) Структурный

3) Терминатор (Т) – участок окончания транскрипции

Стадии транскрипции

1) Инициализация – связывание РНК-полимеразы с Промотором, расплетение второй спирали ДНК

2)

3) Терминация – окончание синтеза РНК

1)

сплайсинг

сплайсинг

Вырезание интронов                 

2)

3*

5**

Сшивание экзонов                          

3)

Модификация 5* и 3* концов

3*

5**

Модифицирование 5* и 3*-концов

 

 

Трансляция - синтез белка на матрице мРНК на рибосомах.

1. Активация аминокислот – присоединение аминокислот к своим собственным тРНК.

Ф –аминоацил – тРНК-синтетаза

Собственно трансляция

1) Инициация – образование инициирующего комплекса между малой субчастицей рибосомы, кодоном-инициатором АУГ и метионин тРНК.

К инициирующему комплексу присоединяется большая субчастица рибосомы, образующих 2 активных центра

Р-центр – образование пептидных связей между аминокислотами

А-центр – связывание тРНК с кодонами мРНК

2) Элонгация – синтез белковой молекулы

3. Терминация – окончание трансляции

В результате трансляции образуется первая структура белка. Далее в каналах ЭПС происходит фолдинг (формирование 2,3,4ой структур белка)

Теория оперона: в ДНК помимо структурных генов существуют гены, управляющие работой структурных генов, - регуляторные гены.

Оперон или единица генетической регуляции - 1 или несколько структурных генов, отвечающих за 1 биохимическую реакцию, расположенных в хромосоме рядом с группой регуляторных генов

Состав оперона:

1. Промотор (П)

2. Оператор (О) – регулирует область оперона, с которой соединяется белок-репрессор

3. 3 структурных гена, которые кодируют 3 Ф, отвечающие за усвоение лактозы в клетке

4. Терминатор (Т)

5. Ген-регулятор (Р) – кодирует белок-репрессор, осуществляет работу оперона; препятствует прохождению РНК-полимеразы к структурным генам.

Регуляция биосинтеза белка у прокариот происходит в оперонах на уровне транскрипции.

Особенности регуляции у эукариот:

1. Нет оперонов

2. Активность структурного гена регулируется большим числом генов-регуляторов

3. В регуляции работы генов большую роль играют гены-энхансеры (усиливают транскрипцию) и гены-сайленсеры(тормозят транскрипцию)

4. Регуляция работы генов происходит на всех уровнях реализации информации: транскрипция, трансляция и посттрансляционные процессы

5. В регуляции принимаю участие гормоны

6. Наличие альтернативного сплайсинга (гены иммуноглобулинов человека)