Слайд 1Передача наследственной информации от ДНК к и-РНК и к белку
ДНК
Г Т Г Г Г А Т Т Т Ц Г Т
(фрагмент) Ц А Ц Ц Ц Т А А А Г Ц А
и- РНК Г У Г Г Г А У У У Ц Г У
(фрагмент)
Антикодоны
т- РНК Ц А Ц Ц Ц У А А А Г Ц А
Полипептид
(фрагмент) Валин Глицин Фенилаланин Аргинин
*
Слайд 2Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез.
Этапы биосинтеза белка:
ДНК
репликация ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок
*
Слайд 3Николай Константинович
Кольцов (1872-1940)
Отечественный зоолог, цитолог, генетик.
Выдвинул идею о том, что
синтез белка идет
по матричному принципу.
*
Слайд 5Центральная догма
ДНК
РНК
белок
транскрипция
трансляция
Комплементар-ность
Принцип копирования
Генетический код
Слайд 6Транскрипция ДНК → РНК
Синтез РНК по матрице ДНК ферментом РНК-полимеразой
Первый этап
реализации генетической информации в клетке
Слайд 7Гены – транскрибируемые участки ДНК
Транскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные
ее участки – гены.
ДНК одной хромосомы
РНК
Слайд 8
Строение гена
Кодирующая часть
АТГ
STOP
ДНК
РНК-транскрипт
Промотор
Терминатор
Точка начала транскрипции
Окончание транскрипции
5'
3'
Регуляторная часть
Слайд 9Знаки начала и окончания матричных синтезов
ДНК
РНК
белок
транскрипция
трансляция
Знак начала
Знак окончания
Промотор
Терминатор
СТАРТ-
кодон
СТОП - кодон
Промотор и терминатор – не кодоны, а более длинные последовательности (до 100 н.п.)
Слайд 10Для транскрипции нужны
1. Матрица – ДНК
Слайд 11Для транскрипции нужны
Матрица – ДНК
2. Фермент – РНК-полимераза
4 субъединицы
Слайд 123. Мономеры
Активированные нуклеотиды
трифосфаты
Для транскрипции нужны
Слайд 13Принципы транскрипции
Комплементарность
Антипараллельность
Униполярность
Асимметричность
Слайд 14А
Ц
А
Г
Т
Т
Г
А
А
Т
Г
Т
Ц
А
А
Ц
Т
Т
У
Г
У
Ц
А
А
Ц
У
У
ДНК
ДНК
3'
5'
3'
5'
Асимметричность
Матричная цепь
Смысловая цепь
Слайд 16РНК-полимераза узнает промотор
1. Инициация (начало)
Слайд 17Промоторы разных генов слегка отличаются.
Есть сильные и слабые промоторы.
Слайд 18РНК-полимераза движется по гену
2. Элонгация (рост цепочки РНК)
Слайд 19В области терминатора находится инвертированный повтор, который приводит к образованию петли
на РНК
3. Терминация
Терминатор (знак конца транскрипции)
Слайд 20Общие 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.
Слайд 21Единица 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
Слайд 22ДНК
Промотор
Терминатор
Точка начала транскрипции
Окончание транскрипции
РНК
Оперон прокариот
Несколько генов под одним промотором
Ген 1
Ген 2
Ген
3
Ген 1
Ген 2
Ген 3
3'
5'
АТГ
АТГ
STOP
STOP
Слайд 23В опероне собраны не случайные гены, а гены ферментов одного метаболического
пути
А → Б → С → Д
ГЕН 1
ГЕН 2
ГЕН 3
Ф 1
Ф 2
Ф 3
Метаболический путь –
цепочка последовательных химических реакций
Слайд 24Транскрипция генов в хромосоме
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.
ДНК
3'
3'
5'
5'
Р
Р
Р
Ген 1
Ген 2
Ген 3
Слайд 25Основные понятия по теме «Транскрипция»
Ген
Промотор
Терминатор
Матричная цепь ДНК
Смысловая цепь ДНК
Единица транскрипции у
эукариот (ген) и прокариот (оперон)
Слайд 26Трансляция
Трансляция — синтез полипептидной цепи на матрице иРНК.
Синтез белковых
молекул
может происходить в
свободных рибосомах
цитоплазмы или
на шероховатой
эндоплазматической
сети.
Слайд 27Трансляция
В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки, белки, синтезируемые
на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки.
Слайд 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.
*
Слайд 29Транспортные РНК
Для транспорта аминокислот к рибосомам используются т-РНК.
В т-РНК различают:
антикодоновую петлю
акцепторный участок.
В антикодоновой петле РНК имеется антикодон, комплементарный кодовому триплету определенной аминокислоты.
Слайд 30Транспортные РНК
Акцепторный участок на 3'-конце способен с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы присоединять
именно эту аминокислоту (с затратой АТФ) к участку ССА.
Слайд 31Трансляция
Различают три этапа трансляции
инициацию
элонгацию
терминацию
Слайд 32Инициация 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.
Слайд 33За счет АТФ происходит передвижение инициаторного комплекса (малая субъединица рибосомы, т-РНК
с метионином) по НТО до метионинового кодона АУГ.
Этот процесс называется сканированием.
Инициация трансляции
Слайд 34Элонгация.
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 и-РНК, находящимся в А-участке.
Элонгация
Слайд 37Пептидилтрансферазный центр большой субъединицы катализирует образование пептидной связи между метионином и
второй аминокислотой. Отдельного фермента, катализирующего образование пептидных связей, не существует.
Элонгация
Слайд 38После образования пептидной связи, рибосома передвигается на следующий кодовый триплет и-РНК,
метиониновая т-РНК отсоединяется от метионина и выталкивается в цитоплазму.
Элонгация
Слайд 39В А-участок заходит третья тРНК, и образуется пептидная связь между второй
и третьей аминокислотами.
Элонгация
Слайд 40Терминация
Скорость передвижения рибосомы по и-РНК - 5–6 триплетов в секунду,
на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке требуется несколько минут.
Слайд 41Когда 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.
Терминация
Слайд 42Многие 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.
Терминация
Слайд 43Первым белком, синтезированным искусственно, был инсулин, состоящий из 51 аминокислотного остатка.
Потребовалось провести 5000 операций, в работе принимали участие 10 человек в течение трех лет.
Терминация
Слайд 45Трансляция– перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Слайд 46
Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке тРНК.
Кодон– триплет нуклеотидов на и-РНК.
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Водородные
связи между
комплементарными нуклеотидами
Слайд 47
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Пептидная
связь
а/к
Слайд 49Найдите 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.
Слайд 50Определите 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
Слайд 51Определите 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
Слайд 52Соотнесите 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
Слайд 53Типы 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 .
Слайд 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 Т Ц 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
Слайд 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%
Слайд 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.
Слайд 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
Слайд 59Пятый 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
Слайд 60Шестой 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
Слайд 61Комбинированные 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
Слайд 62Задача № 2
Укажите изменения в строении пептида, если в кодирующей цепи
ДНК (ГТА-ГЦТ-ААА-ГГГ) гуанин из положения 1 перешел в 8 положение.
Слайд 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.
Слайд 64
Задача 2. В молекуле ДНК тимидиловый нуклеотид составляет 16% от общего
количества нуклеотидов.
Определите количество (в процентах) каждого из остальных видов нуклеотидов.
Слайд 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?
Слайд 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?
Слайд 67Укажите 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?
Слайд 68Задачи 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?
Слайд 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?
Слайд 70
Задача 3. В белке содержится 25 аминокислот.
Сколько нуклеотидов содержится в кодирующей
цепи гена, если три «знака препинания» стоят в конце гена?
Слайд 71
Задача 4. Длина фрагмента молекулы ДНК
бактерии равняется 20,4 нм. Сколько аминокислот
будет в белке, кодируемом данным фрагментом ДНК?
Слайд 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.?
Слайд 73Пользуясь таблицей генетического кода,
определите, какие аминокислоты кодируются триплетами
ЦАТ, ТТТ, ГАТ. Какими
триплетами в ДНК закодированы
аминокислоты валин, фенилаланин, триптофан?
Слайд 74С 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?
Слайд 75Участок 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?
Слайд 76Дан фрагмент полипептидной цепи: вал-гли-фен-арг. Определите структуру соответствующих т-РНК, и-РНК, ДНК.
Известно,
что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. 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.
Слайд 77
Под воздействием азотистой кислоты цитозин превращается в гуанин. Как изменится строение
синтезируемого белка вируса табачной мозаики с последовательностью аминокислот : серин-глицин-серин-изолейцин-треонин-пролин, если все цитозиновые нуклеотиды подверглись действию кислоты?