Организация генетического материала в клетке

Слайд 3

ДНК первичная структура
нуклеотид
нуклеиновая кислота

Слайд 4

ДНК вторичная структура
Цепи ДНК антипараллельны
Цепи ДНК комплементарны

Слайд 5

ДНК вторичная структура

Слайд 6

РНК
РНК- полимер, состоящий из нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями
РНК отличается от ДНК

по составу:
-содержит рибозу вместо дезоксирибозы,
- содержит урацил вместо тимина
Обычно это одноцепочечная молекула
Существуют различные классы РНК

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Репликация ДНК
Репликация кольцевых молекул
-Репликация по типу «катящегося обруча»
-Тетта- репликация
Репликация линейных молекул

Слайд 10

Репликация ДНК

Слайд 11

Репликация ДНК
У эукариот репликация начинается с нескольких сайтов
Во время репликации образуется

структура- «репликационная вилка»

Слайд 12

Белки репликации ДНК
Хеликаза и топоизомераза
Связывающие белки
Праймаза
ДНК-полимеразы
(в клетках эукариот около 13 типов)
Лигаза

Слайд 13

Слайд 14

Хеликаза связывается с ориджином репликации и разделяет цепи
Связывающие белки предохраняют цепи

ДНК от слипания
Праймаза синтезирует короткую РНК на ДНК- матрице

Слайд 15

ДНК –полимераза добавляет нуклеотиды к РНК-праймеру
ДНК-полимераза проверяет правильность присоединения нуклеотидов

Слайд 16

По одной из цепей синтез идет непрерывно, по другой – прерывисто

( фрагменты Оказаки)

Слайд 17

РНК -праймеры удаляются, лигаза сшивает бреши в ДНК

Слайд 18

Репликация ДНК
Всегда полуконсервативна
Начинается с области, которая называется ориджин
Синтез ДНК инициируется фрагментами

РНК, которые называются праймерами
Элонгация всегда проходит в направлении 5’-3’.
Репликация по лидирующей цепи непрерывна, по отстающей цепи- прерывиста
Синтезируемая цепь комплементарна и антипараллельна своей матрице

Слайд 19

Репликация в пробирке –ПЦР.

Слайд 20

Слайд 21

РНК
РНК- полимер, состоящий из нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями
РНК отличается от ДНК

Слайд 22

Основные классы РНК
мРНК (матричная РНК)
рРНК (рибосомная РНК)
тРНК ( транспортная РНК)
микро РНК

(регуляторные)

Слайд 23

тРНК

Слайд 24

рРНК

Слайд 25

Транскрипция
Синтез РНК молекул на матрице ДНК
Первый этап передачи генетической информации

на пути от ДНК к белку (от генотипа к фенотипу)

Слайд 26

Слайд 27

Белки
Активаторы - белки, связывающиеся с энхансерами, которые помогают РНК-полимеразе правильно начать

транскрипцию. Репрессоры - белки,которые связывают активаторы, чем снижают или прекращают транскрипцию. Транскрипционные факторы - помогают занять правильную позицию активаторам и РНК- полимеразе.
ДНК
Промотер (TATA box )- часть промотора, являющаяся сайтом связывания для белковых факторов.
Энхансеры (англ. to enhance – усиливать) – это участки ДНК в 10-20 пар оснований, способные значительно усиливать экспрессию генов. В отличие от промоторов они значительно удалены от транскрипционного участка и могут располагаться от него в любом направлении (к 5'-концу или к 3'-концу). Сами энхансеры не кодируют какие-либо белки, но способны связываться с регуляторными белками (подавляющими транскрипцию).
Сайленсеры (англ. silence – молчание) – участки ДНК, в принципе схожие с энхансерами, но они способны замедлять транскрипцию генов, связываясь с регуляторными белками (которые ее активируют).

Слайд 28

Этапы транскрипции
Инициация
Элонгация
Терминация

Слайд 29

Инициация
Промотер – особая
последовательность ДНК, определяющая начало транскрипции.
С промотором связываются

факторы транскрипции и РНК-полимераза

Слайд 30

Процессивность - это способность фермента осуществлять последовательность химических реакций, без высвобождения

субстрата. Процессивность полимераз выражается как среднее количество нуклеотидов, присоединяемое ферментом за один акт связывания/диссоциации с матрицей ДНК.

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Ро связывается со специальными сайтами на РНК: 40 н свободные от

шпилек, Ц-богатые
Ро не связывается с транслируемыми участками
Ро обычно осуществляет терминацию на конце генов
Ро движется к 3’ концу РНК, смещая ее с матричной цепи ДНК
Весь комплекс разваливается

Rho белок
• 419 амк
• гексамер
• АТФаза
• геликаза

Слайд 34

Слайд 35

Единица транскрипции = ген

Слайд 36

Ген
Один ген- один фермент
Один ген- одна полипептидная цепь
Один ген- одна мРНК

(один транскрипт)
Ген-участок ДНК или РНК ( у некоторых вирусов), ассоциированный с регуляторными последовательностями, который определяет линейную последовательность полипептидной цепи или одной молекулы РНК

Слайд 37

Ген (эукариоты)
Первый и последний экзоны содержат не транслируемую последовательности
(

соответственно 5’ –UTR и 3’-UTR)
Кодирующие участки- экзоны
Не кодирующие участки - интроны

Слайд 38

Структура гена
Каждый ген характеризуется рядом специфических регуляторных последовательностей ДНК, которые принимают

участие в регулировании работы гена.
Регуляторные последовательности могут находиться как в непосредственной близости от гена, (промоторы) так и на расстоянии многих миллионов пар оснований, (энхансеры и супрессоры)
Понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, а представляет собой более широкую концепцию, включающую в себя и регуляторные последовательности.

Слайд 39

СТРУКТУРА ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА
Кодирующая часть ДНК – менее 10%
Гены кодирующие

белки – 2 %
Гены кодирующие РНК – 20%
Некодирующая ДНК – уникальные последовательности, фланкирующие структурные гены, повторяющиеся последовательности, транспозоны и ДНК, функция которой не идентифицирована, интроны

Протеом человека составляет 250 000 белков

Подготовлен список 923 генов, вызывающих моногенные наследственные заболевания или повышающих вероятность развития заболевания

ДНК человека и шимпанзе идентичны на 99 %

Слайд 40

У человека 26000-30000 генов
Средняя длина гена 27000 п.н.
Такой усредненный ген содержит

9 экзонов, 8 интронов по 3400 п.н.
Самые короткие гены содержат приблизительно 20 п.н. (гены эндорфинов)
Самый большой ген – ген дистрофина – 2,4 млн п.н.
Получается, что в кодировании принимает участие менее 1,5 % ДНК, т.е. 3 см из 2 м

Слайд 41

Самые длинные гены человека

Слайд 42

Процессинг мРНК
Метилирование и кэпирование
Полиаденилирование
Сплайсинг

Слайд 43

Этапы процессинга пре - мРНК эукариот
Кэпирование - модификация 5’-конца
Полиаденилирование - модификация

3’-конца
Сплайсинг - удаление интронов и соединение экзонов

Слайд 44

Процессинг
Вначале к пре-мРНК с 5'-конца с помощью нетипичной пирофосфатной связи к

ней присоединяется модифицированный
7-метилгуаниловый нуклеотид, это компонент "колпачка" ("шапочки") мРНК. Этот колпачок необходим для того чтобы защитить нарождающуюся РНК от ферментов-экзонуклеаз, отщепляющих концевые нуклеотиды от РНК.

Слайд 45

Модификация 5’-конца – кэпирование
Кэп – это 7-метил-гуанозин соединенный в 5’-5’-ориентации

с первым нуклеотидом мРНК
Кэп присоединяется с помощью фермента гуанозил-7-метилтрансферазы к первому 5’-трифосфату мРНК сразу после транскрипции с помощью особой 5’ - 5’- связи

Слайд 46

Процессинг РНК
Процесс созревания РНК после их синтеза на ДНК – матрице

называется "процессингом". Он происходит в ядре клетки у эукариот.
Составные части процессинга
Удаление нуклеотидов. Результат: значительное уменшение длины и массы исходной РНК.
Присоединение нуклеотидов. Результат: незначительное увеличение длины и массы исходной РНК.
Модификация (видоизменение) нуклеотидов. Результат: появление в составе РНК редких "экзотических" минорных ("меньших") нуклеотидов.

Слайд 47

Модификация 3’-конца – полиаденилирование
Последовательность м-РНК ААУААА служит сигналом полиаденилирования
Специальная

эндонуклеаза узнает эту последовательность и отрезает 10-30 оснований от 3’-конца молекулы пре-мРНК
Фермент поли(А)-полимераза добавляет 100 – 200 адениловых нуклеотидов к 3’-концу мРНК, образуя поли(A) «хвост»

Слайд 48

Полиаденилирование
После завершения синтеза пре-мРНК к её конечному участку со стороны 3'-конца

приращиваются адениловые нуклеотиды, так что получается полиадениловый
«хвост» из примерно 200-250 А-нуклеотидов.

Слайд 49

Сплайсинг
Гены имеют мозаичную структуру и состоят из кодирующих участков- экзонов и

некодирующих участков- интронов.
Сплайсинг. Это вырезание некодирующих участков (интронных последовательностей) из пре-мРНК и затем её сшивание. Вырезание осуществляется ферментами эндонуклеазами, а сшивание - лигазами. В результате получается мРНК, состоящая только из экзонных последовательностей нуклеотидов. Все пре-мРНК подвергаются сплайсингу, кроме гистоновых.
В среднем после процессинга в зрелой мРНК остаётся только 13% от длины пре-мРНК, а 87% теряется.

Слайд 50

Последовательности интронов, необходимые для сплайсинга 5'- GU и 3'- AG
На границе

экзон-интрон находятся последовательности GU – AG
Для вырезания интронов также необходим сайт ветвления – А

Слайд 51

Сплайсинг ядерной мРНК происходит в сплайсосоме
Сплайсосома - специальная ядерная структура, в

которой происходит сплайсинг
В состав сплайсосомы входят мяРНК (U1, U2, U4, U5 и U6) 145 молекул белков

Слайд 52

Альтернативный сплайсинг
Соединение РНК участков кодирующих экзоны в разных комбинациях с образованием

различных зрелых мРНК
Способствует увеличению белкового разнообразия
Является одним их механизмов определяющих тканеспецифическую экспрессию генов

Слайд 53

Экзон 4
Интрон 3
Экзон 3
Интрон 2
Экзон 2
Р2
Интрон 1
Экзон 1
Р1
Экзон 3
Экзон 1
Экзон 4
Экзон

Экзон 3

Экзон 2

1. Схема фрагмента гена, содержащего 2 промотора, 4 экзона и 3 интрона.

2. Фрагмент мРНК после сплайсинга (выбор промотора Р1)
3. Фрагмент мРНК после сплайсинга (выбор промотора Р2)

Направление транскрипции -

Слайд 54

Трансляция
Передача генетической информации с мРНК на белок
Заключительный этап передачи генетической информации

на пути от ДНК к белку (от генотипа к фенотипу)

Слайд 55

Белки и аминокислоты
Все белки состоят из аминокислот
20 основных аминокислот в белках

Слайд 56

Генетический код
Триплет нуклеотидов, который осуществляет соответствие между нуклеиновой кислотой и аминокислотой

Слайд 57

Генетический код
Триплетный - одной аминокислоте соответствует три нуклеотида
Вырожденный - определенной аминокислоте

соответствует более чем один кодон
Не перекрывающийся -
один нуклеотид входит в состав только одного кодона
Универсальный у всех живых организмов одинаковые АК кодируются одинаковыми кодонам

Число
кодонов =64
Число аминокислот = 20

Слайд 58

Слайд 59

тРНК

Слайд 60

Слайд 61

Трансляция
Биосинтез белка происходит на рибосомах

Слайд 62

Слайд 63

Слайд 64

Инициация трансляции
AUG - единственный инициирующий кодон эукариотических мРНК
Инициаторная тРНК , узнающая

кодон инициации AUG, это специальная тРНК , имеющая особенности строения, отличающие ее от тРНК мет
Биосинтез белка начинается с образования комплекса между малой субединицей рибосом, инициирующей тРНК и участком транслируемой мРНК, содержащим сайт связывания рибосом, который включает в себя инициирующий (как правило, AUG) кодон

Слайд 65

Слайд 66

Терминация трансляции у эукариот

Слайд 67

Геном человека 3.2 биллионов пар нуклеотидов
22-25,000 генов
1.5% кодирует белки
Клетки человека

производят 100,000 до 200,000 различных белков.

Организация генетического материала в клетке

Содержание