Реализация наследственной информации. Репликация, транскрипция, трансляция, генетический код презентация

Содержание

2. Цель: Сформировать у студентов современные представления и знания о направлении и механизмах передачи наследственной информации в живых системах, их роли и значении в функционировании живых организмов в нормальных и патологических

Слайд 1Тема лекции:
Реализация наследственной информации. Репликация, транскрипция, трансляция, генетический код. Недорепликация концов

линейных молекул ДНК. Теломеры, теломеразы

Слайд 22. Цель:
Сформировать у студентов современные представления и знания о направлении и

механизмах передачи наследственной информации в живых системах, их роли и значении в функционировании живых организмов в нормальных и патологических условиях.

Слайд 3План лекции:
1. Центральная догма молекулярной биологии (основной постулат Крика). Типы переноса

генетической информации в живых системах: общий, специализированный, запрещенный.
2. Репликация, определение, принципы.
3. Основные ферменты, участвующие в репликации и их функции.
4. Проблема концевой недорепликации и ее решение.
5.Транскрипция. Механизмы транскрипции у про- и эукариот.
6. Процессинг и сплайсинг. Альтернативный сплайсинг.
7. Трансляция. Механизмы трансляции
8. Особенности биосинтеза белков у про- и эукариот
9. Генетический код, определение, свойства.



Слайд 4Центральная догма
ДНК
РНК
белок
Репликация
Транскрипция
Трансляция





Обратная
транскрипция
Репликация
РНК
Только РНК-вирусы
Ретро-РНК-вирусы
Другие организмы тоже получили от них этот фермент и

используют в некоторых случаях

Слайд 5ДНК
РНК
белок


Матричные синтезы, разрешенные по центральной догме
Не обнаружен

Слайд 6Запрещенные матричные синтезы
Белки никогда не бывают матрицами

Слайд 7Репликация ДНК

Слайд 8Универсальный биологический процесс передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов,

благодаря созданию точных копий ДНК.
ДНК – единственная молекула клетки, способная к самоудвоению.

Слайд 9Скорость репликации ДНК
У прокариот – 1000 нуклеотидов /сек
У эукариот – 100

нуклеотидов /сек
(медленнее, потому что ДНК сложно упакована – нуклеосомы и другие уровни упаковки)

Слайд 10
Место репликации в клеточном цикле
Репликация ДНК всегда предшествует делению клетки.


Репликация
S-период
(Synthesis)
Интерфаза
Деление
Каждая дочерняя

клетка получает точную копию всей ДНК

Слайд 11Принципы репликации
1. Полуконсервативность
2. Комплементарность
3. Антипараллельность
4. Униполярность
5. Прерывистость

Слайд 12 Полуконсервативность – каждая исходная (материнская) цепь ДНК выступает в качестве матрицы

для синтеза дочерней цепи

Полуконсервативный

Консервативный

Дисперсионный


Слайд 13Комплементарность
Вновь синтезируемая ( дочерняя) цепь ДНК строится по принципу комплементарности. В

состав растущей цепи включается тот нуклеотид , который комплементарен нуклеотиду родительской цепи (аденин с тимином, гуанин с цитозином).

Слайд 14Антипараллельность – синтез дочерней цепи ДНК происходит в противоположном от материнской

цепи направлении


Слайд 15Униполярность:
Удвоение цепи ДНК идет в направлении от 5` конца к 3`

концу, следовательно новый нуклеотид присоединяется к 3 ` концу растущей цепи.


5' 3'


Слайд 16Репликон – расстояние между двумя сайтами начала репликации ori ~ 100

тыс. н.п.

У прокариот вся кольцевая молекула – один репликон

Прерывистость репликации

Репликация может идти одновременно в нескольких местах молекулы ДНК.

Слайд 17Прерывистость репликации
ДНК одной хромосомы
ori
ori







Репликативные вилки

Слайд 18Репликация ДНК

Слайд 19Репликативная вилка


3'
5'
3'
3'
Запаздывающая цепь
Лидирующая цепь

Направление движения вилки
Фрагменты Оказаки

Слайд 20ДНК ГЕЛИКАЗА – ФЕРМЕНТ РАЗДЕЛЯЮЩИЙ ЦЕПИ ДВУХЦЕПОЧЕЧНОЙ ДНК НА ОДИНАРНЫЕ ДНК

ТОПОИЗОМЕРАЗА – ФЕРМЕНТ, ИЗМЕНЯЮЩИЙ СТЕПЕНЬ СВЕРХСПИРАЛЬНОСТИ, ВОЗНИКАЮЩЕЕ ПРИ РАСКРУЧИВАНИИ ДВУХ ЦЕПЕЙ В РЕПЛИКАТИВНОЙ ВИЛКЕ ПРАЙМАЗА – ФЕРМЕНТ, ОБЛАДАЮЩИЙ РНК – ПОЛИМЕРАЗНОЙ АКТИВНОСТЬЮ; СЛУЖИТ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ РНК-ПРАЙМЕРОВ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ИНИЦИАЦИИ СИНТЕЗА ДНК ДНК ПОЛИМЕРАЗА – СИНТЕЗИРУЕТ НОВУЮ ЦЕПЬ ДНК ПО ПРИНЦИПУ КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ ДНК ЛИГАЗА – ФЕРМЕНТ, ОБРАЗУЮЩИЙ ФОСФОДИЭФИРНУЮ СВЯЗЬ МЕЖДУ ДВУМЯ ПОЛИНУКЛЕОТИДАМИ SSB (SINGLE-STRAND BINDING PROTEIN)-БЕЛКИ –СВЯЗЫВАЮЩИЕСЯ С ОДНОЦЕПОЧЕЧНЫМИ НИТЯМИ ДНК И ПРЕДОТВРАЩАЮТ КОМПЛЕМЕНТАРНОЕ СПАРИВАНИЕ

Основные ферменты репликации

Слайд 21Свойства ДНК-полимеразы
1. Присоединяет по одному нуклеотиду с 3‘ конца растущей цепочки.
2.

Требует для начала работы спаренного 3‘ конца.
3. Отщепляет один нуклеотид назад, если он не спарен – т.е. исправляет свои ошибки.

Логически связанные свойства !



3'

Слайд 22ДНК-полимераза исправляет ошибки
Если новый нуклеотид не спарен – фермент не может

двигаться дальше.

Тогда он выедает неверный нуклеотид и ставит другой.

Слайд 23Выводы по репликации ДНК
В результате репликации каждая дочерняя клетка получает точную

копию всей ДНК содержавшейся в материнской клетке.
ДНК всех клеток одного организма – одинаковая, как по количеству молекул, т.е. хромосом, так и по их нуклеотидному составу.

Слайд 24Проблема укорочения концов у линейных ДНК
Сформулирована – А.М. Оловников, 1971
При каждой

репликации новые цепи должны укорачиваться с 5‘ концов
Почему? – Там выедается РНК-затравка, а достроить брешь ДНК-полимераза не может – нет спаренного конца.
При каждом делении хромосома теряет 50 н.п. на концах – теломерах.

Слайд 25Гипотеза Оловникова
Укорочение концов – это внутренние часы, отмеряющие время жизни многоклеточного

организма – число отпущенных ему делений, начиная с зиготы.
Как только теломеры «закончатся» – клетка больше не делится и погибает.

Слайд 26Но почему тогда клетки зародышевой линии делятся бесконечно?
Оловников: должен существовать механизм

удлинения концов хромосом.
Теломераза – фермент, надстраивающий концы хромосом, содержит РНК длиной 150 нуклеотидов и осуществляет обратную транскрипцию
Теломераза и обратная транскриптаза – родственные белки, гомологичные по структуре и топологии.

Слайд 27Теломераза
фермент, надстраивающий концы хромосом, содержит РНК.
удлинение происходит путем
обратной транскрипции:
РНК →

ДНК

На концах хромосом находятся длинные некодирующие повторы 5’ – ГГТ ТАГ – 3’
10-15 тысяч н.п. у человека

Слайд 28
Репликация теломерной ДНК

Слайд 29Теломераза активна в клетках
зародышевого пути
эмбриональных
стволовых
раковых –

поэтому они бессмертны
Теломераза неактивна
в соматических клетках – ген для нее там, конечно же, есть, но выключен

Слайд 30Значение для медицины
Иногда в растующую цепь случайно вклинивается неправильное

основание, однако у здоровых клеток присутствует пострепликационные репаративные ферменты, которые исправляют подобные ошибки.
Патология пострепликационных механизмов репарации иногда обусловливает предрасположенность пациентов к некоторым онкологическим заболеваниям.
К ним относятся:

Слайд 31
Синдром множественной ломкости хромосом (синдром Блума);

Наследственная предрасположенность к раку молочной железы,

вызванную мутациями генов BRCA1 и BRCA2;

Аутосомно-доминантная форма рака кишечника (наследственный неполипозный рак толстой кишки)

Слайд 32Значение для медицины
После каждого клеточного цикла теломеры укорачиваются на один повтор,

а следовательно, количество делений клетки ограничено числом повторов в теломерной цепи. Согласно этому бесконечный рост и деление опухолевых клеток происходят из-за присутствия активных мутантных теломераз, которые препятствуют разрушению теломер

Слайд 33Транскрипция
Транскрипция - это первый этап реализации генетической информации, при котором в

клетках осуществляется биосинтез РНК на матрице ДНК, т.е. переписывание информации о структуре белка с ДНК на специальный посредник – м РНК.

Слайд 34А
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'
Матричная цепь
Смысловая цепь

Слайд 35Эукариоты
Прокариоты
1. Сопряжение транскрипции и трансляции

2. Котранскрипция нескольких генов (опероны)
Транскрипция


Процессинг пре-мРНК





Экспорт мРНК

Трансляция

(синтез пре-мРНК)

кэпирование


полиаденилирование
сплайсинг

Слайд 36РНК-полимераза
Кор фермент
Холо фермент





βІ

β
α
ω
ά
α
ά
β
δ
ω


βІ

Слайд 37Гены – транскрибируемые участки ДНК
Транскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные

ее участки – гены.

ДНК одной хромосомы





РНК





Слайд 39РНК-полимераза движется по гену
2. Элонгация (рост цепочки РНК)

Слайд 40В области терминатора находится инвертированный повтор, который приводит к образованию петли

на РНК

3. Терминация

Терминатор (знак конца транскрипции)

Слайд 41Общие 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 42ДНК
Ядро
Транспорт

Слайд 43Особенности транскрипции у эукариот
Транскрипция
1. Кэп и поли-А-хвост
Созревание м-РНК
2.Сплайсинг
цитоплазма

Слайд 44Матричная РНК
Прокариота
Кодирующая часть
Старт-кодон
Стоп-кодон
3'
5'


Кэп – модифицированные нуклеотиды
Поли-А-хвост
Созревание
Выполняет роль лидерной последовательности
30 –

300 А


Лидерная последовательность


Слайд 45ДНК одного гена
П
Т
Промотор
Терминатор
Интроны и экзоны
Интроны – вставки в эукариотические гены,

которые вырезаются после транскрипции из м-РНК
Экзоны – участки гена, кодирующие белок. Только они остаются в составе м-РНК после вырезания интронов.

Транскрипция

Слайд 46ДНК одного гена
П
Т
Промотор
Терминатор
пре-
м-РНК
Транскрипция
Сплайсинг (вырезание интронов)
зрелая м-РНК
В зрелой м-РНК остаются только

экзоны

Слайд 47ДНК одного гена
П
Т
Промотор
Терминатор
пре-
м-РНК
Сплайсинг в клетке 1
зрелая м-РНК
Сплайсинг в клетке 2
Альтернативный сплайсинг

Слайд 48Альтернативный сплайсинг
в разных органах
на разных стадиях развития
в разных

состояниях клетки

94% генов человека проходит альтернативный сплайсинг

Слайд 49Значение для медицины
Иногда в некоторых транскриптах обнаруживают альтернативные механизмы сплайсинга, однако

ошибки в данном процессе играют важную роль в развитии многих генетических заболеваний.

Слайд 50 Трансляция- это второй этап реализации генетической информации. При этом

происходит перевод наследственной информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Трансляция

Слайд 51Синтез белка по матрице и-РНК, осуществляемый на рибосомах
Самый сложный из матричных

синтезов
– не просто копирование, а перевод с языка нуклеиновых кислот на язык белков. Словарь – генетический код.

и-РНК → БЕЛОК

Слайд 52Участники трансляции:
Аминокислоты;
т – РНК;
Аминоацил- т – РНК синтетазы;

м – РНК;
Рибосомы;
АТФ, ГТФ
Белковые факторы инициации, элонгации, терминации
Ионы

Слайд 53Матричная РНК
Кодирующая часть,
транслируется
3'
5'
Лидерная последовательность Шайна-Дальгарно
БЕЛОК
АУГ

STOP

3‘ нетранслируемый район

Знак начала трансляции

Слайд 54Транспортные РНК
Молекула-адаптор.
Один ее конец узнает кодон в м-РНК, а другой –

несет аминокислоту.


3'


Слайд 55Этапы трансляции
Инициация (начало)
Элонгация (удлинение)
Терминация (окончание)

Слайд 56Последовательность
Шайна-Дальгарно
Инициация

Слайд 57Элонгация

Слайд 59Терминация
стоп

Слайд 60стоп

Слайд 61иРНК
Растущий
полипетид




старт

Полисома

Слайд 62Общие представление о фолдинге белков
Трансляция мРНК приводит к образованию пептидной цепи

со строго определенной последовательностью аминокислот.
Далее происходит формирование белка- фолдинг, т.е сворачивание пептидной цепи в правильную трехмерную структуру.
Если белок состоит их нескольких субъединиц, то фолдинг включает и объединение их в единую макромолекулу.

Слайд 63Вспомогательные факторы фолдинга:
а) Фолдазы – белки с каталитической активностью: протеиндисульфидизомераза,

пептидилпролилизомераза.
б) Молекулярные шапероны. К ним относятся белки с самыми разными механизмами действия.

Слайд 64Генетический код

Слайд 65Генетический код
Способ записи информации о первичной структуре белков через последовательность нуклеотидов

ДНК и РНК.
«Словарь» перевода с языка нуклеиновых кислот на язык белков.
Полностью расшифрован к 1966

Слайд 66Физик-теоретик
1954
Сформулировал проблему кода и предположил его триплетность.
Георгий Антонович Гамов

(1904-1968)

История открытия генетического кода

Слайд 67Проблема
Алфавит белков
20 а.к.
Алфавит ДНК и РНК
4 нуклеотида

Слайд 68Обоснование триплетности кода Гамовым

Слайд 691. Триплетность - каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов.
Определение:

триплет или кодон - последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.
2. Неперекрываемость - нуклеотид, входящий в состав кодона не входит в состав другого кодона
3. Коллинеарность- порядок расположения аминокислот в полипептидной цепи соответствует порядку расположения кодонов в полинуклеотидной цепи
4. Вырожденность - все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом:
5. Униполярность 5→3
6. Непрерывность  - считывание информации происходит непрерывно, без знаков препинания.
7. Специфичность - один кодон кодирует одну аминокислоту. Например, кодон АУГ кодирует метионин.
8. Универсальность - Генетический код един для всех живущих на Земле существ.



Свойства генетического кода

Слайд 71Значение нарушений трансляции в медицине

Слайд 72Значение для медицины
Знание белковых продуктов различных генов позволяет успешно

лечить многие болезни обмена посредством введения в организм недостающих ферментов (лечение болезни Помпе) или недопущения поступления тех веществ, метаболический путь которых нарушен. Например, основа лечения фенилкетонурии, причиной которой служат мутации гена фенилаланин-гидроксилазы, - диетотерапия, исключающая поступление в организм с продуктами питания аминокислоты фенилаланина.

Слайд 73Литература:
Жимулев И.Ф. «Общая и молекулярная генетика» Новосибирск., 2003, стр. 123-126, 172-191.
Гинтер

Е.К. «Медицинская генетика» М., 2003. стр. 35-46.
Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Н. «Молекулярная биология». М. 2003., стр. 125-176.
Фаллер Д.М. Шилдс Д. «Молекулярная биология клетки», пер. с англ. М. 2003. стр
«Генетика». Учебник для ВУЗов (под редакцией академика РАМН В.И. Иванова – М.2006. стр. 200-203.
Албертс Б. и др. «Молекулярная биология клетки». Пер. с англ. том 2. М. Мир 1994. стр. 253-267.

Похожие презентации

Лекарственные растения 498
Способы передвижения животных 329
Плесневые грибы и дрожжи 369
Анализаторы. Органы чувств, их роль в организме. Строение и функции 670
Бактерии. Виды бактерий 436
Жизненный цикл клетки 248

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