Презентация на тему Генетика бактерий. Экспрессия генетической информации у бактерий

Презентация на тему Презентация на тему Генетика бактерий. Экспрессия генетической информации у бактерий, предмет презентации: Биология. Этот материал содержит 50 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1
Текст слайда:

Генетика бактерий. Экспрессия генетической информации у бактерий

Доцент кафедры микробиологии и вирусологии СибГМУ О.С Жданова


Слайд 2
Текст слайда:

Геном бактерий

Геном – совокупность всех генов бактерий;
Бактерии – гаплоидные организмы, имеют один набор генов;
Размер определяется количеством нуклеотидных пар оснований (н.п.о.);
Размер генома E.coli - 3,8•106 н.п.о.


Слайд 3
Текст слайда:

Организация генетического аппарата бактерий

Нуклеоид - одна двунитевая молекула ДНК кольцевой формы;
Содержание ДНК непостоянно, может соответствовать 2,4,6,8 хромосомам;
Внехромосомные генетические элементы – плазмиды, транспозоны, вставочные последовательности, умеренные бактериофаги.


Слайд 4
Текст слайда:

Нуклеоид

содержит информацию необходимую для обеспечения основных процессов жизнедеятельности - кодирует синтез ферментов, участвующих в пластическом и энергетическом метаболизме.


Слайд 5
Текст слайда:

Организация нуклеоида

кольцевая молекула ДНК;
длина 1,6 мм, диаметр 1 мкм;
суперскрученное состояние обеспечивается топоизомеразой;
петли образуют домены, удерживаются РНК (тРНК, иРНК);


Слайд 6
Текст слайда:

Общая характеристика генома бактерий

структурные гены – кодирующие области – 85% последовательностей ДНК бактерий;
регуляторные области;
некодирующие последовательности – 10% генома – мигрирующие элементы, сайты рекомбинации, регуляторы транскрипции.


Слайд 7
Текст слайда:

Оперонная организация бактериальных генов

Оперон – группа структурных генов (кодируют признаки), находящихся под общим контролем;
В состав оперона входит промотор и оператор;
Промотор – участок ДНК, с которым связывается РНК-полимераза;
Оператор – участок ДНК, с которым связывается регуляторный белок;
Терминатор транскрипции.

Франсуа Жакоб

Жак Люсьен Моно


Слайд 8
Текст слайда:

Внехромосомные генетические элементы - плазмиды, транспозоны, вставочные последовательности

Различаются по молекулярной массе, объему закодированной информации, способности к самостоятельной репликации;

Выполняют кодирующие и (или) регуляторные функции;

Кодируют дополнительную генетическую информацию, обеспечивающую бактериальным клеткам селективные преимущества.


Слайд 9
Текст слайда:

Плазмиды

автономно реплицирующиеся двухцепочечные молекулы ДНК


Слайд 10
Текст слайда:

Классификация плазмид по свойствам

F – плазмиды;
R – плазмиды;
Col – плазмиды;
Ent – плазмиды;
Hly – плазмиды;
Биодеградативные плазмиды;


Слайд 11
Текст слайда:

Классификация плазмид по способу межклеточной передачи

Конъюгативные (трансмиссивные) – осуществляют собственный перенос путем конъюгации. Содержат tra-опероны – гены ответственные за перенос;

Неконъюгативные (мобилизуемые) – передаются путем трансдукции, трансформации или с помощью конъюгативных плзмид.


Слайд 12
Текст слайда:

Классификация плазмид по совместимости

Несовместимость – родственные плазмиды, обладающие высоким сходством репликонов неспособны существовать в одной клетке;
Несовместимые друг с другом, но совместимые с другими собраны в inc-группы (англ. Incompatibility - несовместимые);
Плазмиды одной inc-группы обладают общими признаками: молекулярная масса, высокая степень гомологии, синтез морфологически сходных и серологически родственных донорных ворсинок.


Слайд 13
Текст слайда:

Значение плазмид

обусловливают гетерогенность микробных популяций;
контролируют обмен генетическим материалом;
контролируют синтез факторов (в том числе патогенности), обеспечивающих сохранение видов бактерий в природе;
биологическое средство самозащиты бактерий (приобретение и наследование устойчивости к лекарственным препаратам).


Слайд 14
Текст слайда:

Транспозоны (Tn)- мобильные генетические элементы

Фрагменты ДНК, состоящие из генов, кодирующих транспозицию (перемещение) и признаки;
Способны мигрировать по хромосоме, из хромосомы в плазмиды, ДНК умеренных фагов;
Реплицируются только в составе хромосомы;
Выполняют регуляторную и кодирующую функции.

прямые повторы


Слайд 15
Текст слайда:

Вставочные последовательности (IS-элементы)

Фрагменты ДНК, несущие только гены, кодирующие собственное перемещение (транспозицию) - фермент транспозазу и репрессор;
Гены по флангам окружены инвертированными повторами;
Способны перемещаться только по хромосоме.

ИНВЕРТИРОВАННЫЕ ПОВТОРЫ


Слайд 16
Текст слайда:

Функции IS-элементов

Координируют взаимодействие мобильных генетических элементов между собой и бактериальной хромосомой;
Регулируют экспрессию структурных генов;
Индуцируют мутации.


Слайд 17
Текст слайда:

«Островки» патогенности –фрагменты ДНК, кодирующие факторы болезнетворности

Обнаружены в геноме болезнетворных бактерий;
Располагаются отдельными кластерами в хромосомах, плазмидах и умеренных фагах;
Связаны между собой топографически и функционально;
Отличаются высокой степенью чужеродности по процентному содержанию нуклеотидов гуанина и цитозина (G+C);
Отличаются нестабильностью.


Слайд 18
Текст слайда:

Структура «островков» патогенности

Содержат мобильные элементы (IS), гены подвижности (интегразу, транспозазу), гены вирулентности (V1-V4);
По обоим концам имеются прямые повторы (DR) (распознаются ферментами и вырезаются);
Располагаются вблизи генов тРНК.


Слайд 19
Текст слайда:

Передача генетической информации у бактерий








по вертикали (по наследству) – обеспечивает передачу всех генов исходной особи и стабильность генома;


Слайд 20
Текст слайда:

Передача генетической информации у бактерий






по горизонтали – способствует возникновению новых признаков – изменчивости;

основной механизм видообразования у бактерий (реализуется посредством процессов конъюгации, трансдукции, трансформации).


Слайд 21
Текст слайда:

Конъюгация - перенос генетического материала посредством конъюгативных пилей

хеликаза осуществляет разрывы водородных связей в двухцепочечной ДНК;
эндонуклеаза узнает участок oriT и осуществляет однонитевой разрыв ДНК, начинается репликация;
F-плазмида может быть трансмиссивной и интегративной.

определяется наличием F-плазмиды (содержит tra-оперон);
tra-оперон кодирует гены переноса, синтез половых пилей, ферментов хеликазы и эндонуклеазы;


Слайд 22
Текст слайда:

Трансмиссивная F-плазмида

находится в клетке в автономном состоянии;
при участии хеликазы и эндонуклеазы образуется однонитевая ДНК;
нить ДНК переносится в реципиентную клетку по принципу катящегося кольца;
в обеих клетках по матрице одной нити ДНК комплементарно восстанавливается двунитевая структура.

передача плазмиды осуществляется в течении нескольких минут, в результате реципиент приобретает донорские свойства


Слайд 23
Текст слайда:

Интегративная F-плазмида

F-плазмида и хромосома бактериальной клетки вместе образуют единый трансмиссивный репликон;
клетки со встроенной F-плазмидой называют Hfr-доноры  (англ. high frequency of recombination), т.к. они с высокой частотой переносят свои гены бесплазмидным клеткам;
ДНК расщепляется в месте интеграции F-плазмиды, одна нить передается реципиенту;
сначала передается часть плазмидной ДНК от oriT, затем хромосомная ДНК;
хрупкость конъюгативного мостика приводит к спонтанным разрывам, переносится только фрагмент хромосомной ДНК.

процесс длится около 90 мин, рекомбинант донорские свойства, как правило, не приобретает


Слайд 24
Текст слайда:

Трансформация

поглощение фрагментов ДНК и включение в хромосому бактерии реципиента;
ДНК должна быть двунитевой;
длина фрагмента должна составлять 1-2% длины хромосомы;
реципиенты должны быть компетентными (конец лог-фазы);
фактор компетентности связывается с рецепторами КС → синтез аутолизина, ДНК-связывающего белка, эндонуклеазы I.

– поглощение бактерией-реципиентом фрагментов ДНК бактерии-донора из внешней среды (Гриффит 1928, Эйвери 1944)


Слайд 25
Текст слайда:

Механизм трансформации

Аутолизин разрушает КС, обнажает ДНК-связывающий белок и эндонуклеазу I;
ДНК-связывающий белок абсорбирует фрагменты донорной ДНК (22-45 тпо);
эндонуклеазаI на определенном расстоянии на фрагментах ДНК (6 тпо) делает одноцепочечные разрывы;
одна цепь ДНК деградирует;
фрагменты ДНК проникают в клетку и связываются с белком, защищающим их от деградации;
интеграция в хромосому реципиента.



Слайд 26
Текст слайда:

Трансдукция

передача генетического материала от одной бактерии другой посредством бактериофага

общая (неспецифическая) - перенос бактериофагом любого гена бактериальной хромосомы. Осуществляется плазмидоподобными фагами РI или умеренными неспецифическими фагами (Mu), способными встраиваться в любое место бактериальной хромосомы;

абортивная – принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии не включается в хромосому реципиента;
специфическая - фаговая ДНК интегрирует в хромосому бактерии с образованием профага. При исключении ДНК фага из бактериальной хромосомы захватывается прилегающий к месту включения фаговой ДНК фрагмент бактериальной хромосомы.


Слайд 27
Текст слайда:

Экспрессия генетической информации у бактерий


Слайд 28
Текст слайда:

Бактерии – универсальные существа

Отдельная бактериальная клетка – полноценный самодостаточный организм;

Клетки многоклеточных входят в состав специализированных тканей и выполняют строго определенные функции.


Слайд 29
Текст слайда:

Парадокс бактериальной клетки

Высокая метаболическая активность (правило Рубнера);
Высокая ферментативная насыщенность (до 109-1012 реакций в минуту);
Бактерии способны использовать в качестве энергетических субстратов и источников пластического материала разнообразные вещества;
Пластичность метаболизма обеспечивает высокую выживаемость и приспособляемость;
В первую очередь утилизации подвергаются легко усвояемые субстраты.

Размер бактерий в среднем составляет 0,5—5 мкм;
Геном бактерий представлен 4 100 генов.


Слайд 30
Текст слайда:

Быстрая адаптация к изменяющимся условиям среды - необходимое условие выживания

Бактерии должны иметь все ферменты, необходимые в разных условиях существования;
Информация о синтезе ферментов закодирована в геноме;
Ферменты: конститутивные, индуцируемые, репрессируемые;
Механизмы «включения» и «выключения» генов обеспечивает экономный расход энергии и пластического материала.


Слайд 31
Текст слайда:

Бактерии нуждаются в получении информации о своем окружении

Способы получения информации бактериями:
непосредственный контакт при конъюгации с другими бактериями;
дистантное взаимодействие (носителями информации являются УФ, электромагнитные волны светового и инфракрасного диапазонов);
физико-химические сигналы.


Слайд 32
Текст слайда:

Внешние сигналы определяют экспрессию генов

Сигналы распознаются и преобразуются;

Передаются генетическим структурам;

Эта информация реализуется на уровне генов, путем их экспрессии или инактивации.


Слайд 33
Текст слайда:

Регуляторы экспрессии генетической информации

двухкомпонентные сигнальные системы. Широко распространенны среди прокариотических организмов. Сенсорная киназа– ключевой компонент системы;

σ-фактор участвует в формировании РНК-полимеразы и распознает промотор на ДНК, с которого начинается процесс транскрипции;

белки глобальные регуляторы выполняют роль общего регулятора экспрессии генов (белок активатор катаболитных оперонов – БАК). Контролируют экспрессию многочисленных разрозненных генов и оперонов.


Слайд 34
Текст слайда:

Уровни регуляции метаболизма

На уровне транскрипции (путь от ДНК к РНК);
Регуляция на начальных этапах экспрессии самый эффективный способ экономии ресурсов (посредством промоторов, регуляторных белков, белков глобальной регуляции);
Наиболее часто используется бактериальной клеткой;
На уровне трансляции (от РНК к белку).


Слайд 35
Текст слайда:

Регуляторы экспрессии оперонов



Регуляторные белки
Продукты генов-регуляторов
Связываются с участком ДНК -оператором;
Осуществляют позитивный или негативный контроль

Эффекторы
не способны связываться с ДНК
(субстраты, продукты конечного синтеза, цАМФ)

Индукторы (опероны индуцибельные);
Корепрессоры (опероны репрессибельные)


Слайд 36
Текст слайда:

Эффекты связывания регуляторного белка с оператором

Негативный контроль регуляторный белок препятствует транскрипции


Фермент не синтезируется

Позитивный контроль регуляторный белок обеспечивает транскрипцию структурных генов

Синтез фермента


Слайд 37
Текст слайда:

Индуцибельные опероны

Катаболитные опероны;
Цель регуляции – включить синтез ферментов, которые ранее не требовались;
Оперон «включается» в присутствии молекул индуктора;
Лактозный оперон - пример оперона, работа которого находится под негативным контролем;
Арабинозный оперон – находится под позитивным контролем регуляции.


Слайд 38
Текст слайда:

Катаболитная репрессия

Если в среде присутствует несколько субстратов (глюкоза и лактоза), то сначала утилизируется субстрат, поддерживающий наиболее высокую скорость роста - глюкоза;
Период генерации на среде с глюкозой 50 мин, с лактозой -80 мин;
При этом сначала синтезируются ферменты для утилизации глюкозы, а поступление лактозы в клетку подавляется;
После утилизации глюкозы, используется лактоза;
Смена синтеза ферментов для утилизации разных субстратов сопровождается сменой фаз роста в культуре - диауксия.


Слайд 39
Текст слайда:

Механизм катаболитной репрессии

Эффектором выступает цАМФ;
Белок активатор катаболитных оперонов (БАК) неактивен в свободном состоянии;
Комплекс БАК-цАМФ имеет сродство к промотору;
Обеспечивает связь промотора с РНК-полимеразой и усиливает транскрипцию в 20-50 раз;
Количество комплексов БАК-цАМФ зависит от количества цАМФ.


Слайд 40
Текст слайда:

Циклический АМФ регулятор активности БАК

Образуется из АТФ с помощью аденилатциклазы;
При недостатке глюкозы компоненты ее транспорта в клетку приводятся в активное состояние – фосфорилируются;
фосфорилирование обеспечивается аденилатциклазой и сопровождается увеличением цАМФ;
Увеличение цАМФ → увеличение комплексов БАК-цАМФ → увеличение связи РНК-полимеразы с промотором → увеличение транскрипции.


Слайд 41
Текст слайда:

Арабинозный оперон

Гены araА, araВ, araD структурные – кодируют синтез ферментов, образуют оперон araВАD ;
Ген araС кодирует регуляторный аллостерический белок AraC, имеющий центр связывания с арабинозой;
Связываясь с арабинозой регуляторный белок становится активатором araВАD-оперона;
В отсутствие арабинозы AraC связывается с участками ДНК и образует петлю, препятствуя транскрипции;
AraC осуществляет негативную и позитивную регуляцию.


Слайд 42
Текст слайда:

Структура арабинозного оперона

В присутствии арабинозы AraC превращается в активатор, присоединяется к инициатору (I);
БАК в комплексе с цАМФ связывается с ДНК в области промотора;
К промотору присоединяется РНК-полимераза.




Структурные гены

Регуляторная область

Ген регулятор

P


Слайд 43
Текст слайда:

Работа арабинозного оперона в присутствии арабинозы

Репрессор

арабиноза

Актива
тор

БАК
цАМФ




Белок активатор катаболитных оперонов (БАК) активируется в комплексе цАМФ;
Усиливает транскрипцию.


Слайд 44
Текст слайда:

Работа арабинозного оперона в отсутствии арабинозы

Репрессор


Слайд 45
Текст слайда:

Репрессибельные опероны

Характерны для анаболических путей.
Цель регуляции – прекращение синтеза;
Оперон «выключается» в присутствии молекул корепрессора;
Ген регулятор кодирует апорепрессор –репрессор в неактивной форме;
Апорепрессор имеет два активных центра, один для связывания с метаболитом (корепрессором), второй – для связывания с геном оператором;
Триптофановый оперон (регуляция негативная, аттенуация - регуляция транскрипции на уровне трансляции).


Слайд 46
Текст слайда:

Триптофановый оперон

При наличии в среде триптофана, его синтез прекращается (репрессия конечным продуктом);
Эффектор (корепрессор) – триптофан – связывается с апорепрессором и активирует его;
Репрессор связывается с оператором, блокируя синтез триптофана;
В отсутствии корепрессора апорепрессор не имеет сродства к оператору, идет синтез аминокислоты.


Слайд 47
Текст слайда:

Принцип работы триптофанового оперона


Слайд 48
Текст слайда:

Аттенуация – механизм тонкой регуляции экспрессии структурных генов

Позволяет регулировать количество синтезирующегося триптофана;
При избытке триптофана – транскрипция генов оперона большинством молекул РНК-полимеразы прерывается;
При недостатке триптофана транскрипция генов оперона увеличивается.


Слайд 49
Текст слайда:

Аттенуатор - последовательность нуклеотидов в регуляторной области перед первым структурным геном

Р - промотор;
О - оператор;
А – аттенуатор.



Регуляторная область

Управляет активностью РНК-полимеразы.


Слайд 50
Текст слайда:

Заключение

Геном бактерий представлен хромосомой и внехромосомными факторами;
Рекомбинация бактерий обеспечивается конъюгацией, транформацией и трансдукцией;
Структурные гены бактерий организованы в опероны;
Работой оперонов управляют эффекторы и регуляторные белки;
Эффекторы «включают» или «выключают» гены, связываясь с регуляторными белками;
Регуляторные белки осуществляют позитивный или негативный контроль;
Различают индуцибельные (катаболитные) и репрессибельные (анаболитные) опероны.


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика