Введение в молекулярную биологию и медицинскую генетику. Генный, хромосомный уровни организации наследственного материала

План.
Геномный и хромосомный уровни организации наследственного материала
Генный уровень организации наследственного материала
Биосинтез

Геномный и хромосомный уровни организации наследственного материала

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА

ГЕННЫЙ

ХРОМОСОМНЫЙ

ГЕНОМНЫЙ

Геном - совокупность наследственного материала в гаплоидном наборе хромосом клеток организмов

Геном

- видоспецифичен

- сбалансирован

- эволюционно «проработан»

- эволюционно отобран

ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОМА

ПРОКАРИОТЫ

ЭУКАРИОТЫ

Уменьшение
размеров генома

Увеличение
интенсивности
размножения

Быстрая смена поколений

нарастающее увеличение количества

www.broadinstitute.org

Геном

Как и у всех бактерий, геном вольбахии состоит из единственной хромосомы

ГЕНОМ

Ядерный

Митохондриальный

В состав входит 37 генов, которые отвечают за рРНК,

Физический размер генома

кишечная палочка 4*106

Дрозофила 1,4*108

Эукариоты 106 - 1011 п.н.

Прокариоты

В 1984 г. было положено начало работ по полному секвенированию
(определению

2006 г. - секвенирована последняя в проекте самая большая, первая хромосома

2012

Развитие представлений о хромосомах человека

НОМЕНКЛАТУРА ХРОМОСОМ ЧЕЛОВЕКА

Денверская конференция (1960 г.) – предложена система описания хромосом
Лондонская

ЦЕНТРОМЕРА

ЦЕНТРОМЕРА

ЦЕНТРОМЕРА

ЦЕНТРОМЕРА

спутник

спутничная
нить

МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ

СУБМЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ

ОЧЕНЬ СУБМЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ

АКРОЦЕНТРИЧЕСКАЯ

GTG -окраска

Q -окраска

C -окраска

Окраска азотнокислым серебром Ag-NOR

2. Генный уровень организации наследственного материала

Генный уровень организации наследственного материала

Ген – единица наследственности и изменчивости, определяющая

Историческое развитие концепции гена

Дискретность гена заключается
в наличии у него субъединиц.

мутон

рекон

единица изменчивости гена

МУТОН - минимальное количество наследственного материала, способного изменяться и приводить к

Ген - фрагмент молекулы ДНК, транскрибирующийся в виде молекулы РНК, которая

Материальным субстратом наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты в большинстве -

Структура молекулы ДНК была расшифрована в 1953 г.
Джеймсом Уотсоном,
Френсисом Криком,
Морисом

Строение ДНК

ДНК представляет собой двуспиральную антипараллельную комплементарную структуру.
http://serebniti.ru/forum/viewtopic.php?f=14&t=457&start=180&view=print

Строение ДНК и РНК

http://www.alliot.fr/bio.shtml.fr

Строение ДНК и РНК

Отличия РНК от ДНК:
1) вместо дезоксирибозы в состав

Типы РНК

http://harunyahya.com/en/Books/9642/if-darwin-had-known-about/chapter/4678

Репликация ДНК

Репликация молекулы ДНК – это процесс образования идентичных копий ДНК,

Репликация ДНК

Участок молекулы ДНК от точки начала одной репликации до

Репликация ДНК

Эукариотическая хромосома содержит много репликонов.
Репликация ДНК эукариотической хромосомы. Показан

В процессе репликации ДНК выделяют фазы:
– инициации (начало),
– элонгации (удлинение),

Репликация ДНК

dna.microbiologyguide.com  

ДНК-полимераза

ДНК-лигаза

ДНК-праймаза

РНК-праймер

Фрагменты Оказаки

ДНК-полимераза

Геликаза

Топоизомераза

Лидирующая цепь

Запаздывающая цепь

Одиночная цепь со связанными белками

http://www.pdbj.org/eprots/index_en.cgi?PDB%3A3BEP

Лидирующая цепь

Запаздывающая цепь

ДНК-полимераза

Топоизомераза

Родительская цепь

ДНК-праймаза

РНК-праймер

ДНК-геликаза

Стабилизирующие белки (SSB белки)

Репарация ДНК

Дорепликативная

Пострепликативная

сопровождает репликацию ДНК

затрагивает уже образованные биспирали ДНК

Световая

Темновая

фотореактивация

Прямая

Непрямая

Заболевания, обусловленные дефектами системы репарации

Пигментная ксеродерма
Нарушена эксцизионная репарация.

Клинические проявления:
дерматозы под

Заболевания, обусловленные дефектами системы репарации

Синдром Блума
Подавлен репаративный синтез.
Дефект ДНК-хеликазы.
Высокая частота

Фукционально-генетическая классификация генов

по месту локализации

по функциональному значению

ядерные гены

цитоплазматические гены

структурные гены

структурные

Уникальные
последовательности нуклеотидов
(15-98% генома)

входят в состав структурных генов,
дают информацию о первичной

Многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов

функции

являются промоторами

регулируют репликацию молекул ДНК

участвуют в кроссинговере

отделяют экзоны

ГЕНЫ

функционирующие во всех клетках

= гены
«домашнего хозяйства»

функционирующие в клетках

3. Биосинтез белка. Транскрипция

Транскрипция – процесс синтеза и-РНК для последующего производства белка

Фермент РНК-полимераза
(зеленые

Стадии и ферменты транскрипции

Транскрипция – биосинтез одноцепочечной молекулы РНК на матрице

Транскрипция – матричный процесс, в котором выделяют стадии инициации, элонгации и

ПРОКАРИОТЫ: структура гена

ДНК

ТРАНСКРИПЦИЯ

мРНК

трансляция

БЕЛОК

Структура генов прокариот очень проста:
есть начало, есть конец,

ЭУКАРИОТЫ: структура гена

ДНК

мРНК

премРНК

белок

ТРАНСКРИПЦИЯ

СПЛАЙСИНГ

трансляция

У эукариот структура гена сложнее. Из длинной мРНК удаляются

4. Регуляция транскрипции у прокариот.
Схема работы лактозного оперона.

Регуляция транскрипции у прокариот

Схема регуляции транскрипции у прокариот (гипотеза оперона)
была предложена

Регуляция транскрипции у прокариот

Лактозный оперон включает:
Промотор
Инициатор
Ген-оператор
Структурные гены
Терминатор

Функциональные гены – регулируют процесс считывания информации:

Оператор – определяет время, с

Схема работы лактозного оперона

Оперон работает

Регуляция транскрипции у прокариот

Негативная регуляция - белок-репрессор блокирует оператор, когда нет

5. Транскрипция у эукариот

Схема регуляции транскрипции у эукариот разработана
Георгием Павловичем Георгиевым (1972 г.)

Транскрипция у эукариот

Транскриптон состоит из неинформативной (акцепторной) и информативной (структурной) зон.
Неинформативная

Процессинг первичных транскриптов

Процессинг (созревание) РНК – совокупность биохимических реакций, в результате

Процессинг первичных транскриптов

http://rpp.nashaucheba.ru/docs/index-102487.html

ПРОЦЕССИНГ

СПЛАЙСИНГ

ДНК

мРНК

премРНК

белок

ТРАНСКРИПЦИЯ

СПЛАЙСИНГ

трансляция

mipt.ru

Это процесс сшивания (сращивания) кодирующих последовательностей (интронов) из молекулы-предшественника матричной РНК.

Альтернативный сплайсинг
1. обеспечивает кодирование одним геном различных структурно и функционально различающихся

http://www.biospsma.spb.ru/SZGMU_SITE/TL_Abstracts_of_lectures/Structure_and_function_of_the_gene.html

Альтернативный сплайсинг :
образование двух мРНК амилазы
на одном мозаичном гене мыши

мРНК

6. Биосинтез белка. Трансляция

Биосинтез белков:
Наиболее сложный из генетических процессов;
Наиболее энергоемкий процесс;
Протекает с высокой

Собственно трансляция осуществляется рибосомой – белоксинтезирующей машиной

30S

50S

Трехмерная модель рибосомы:
1-большая субчастица,
2

Рибосома:

химически – рибонуклеопротеид,
физически – компактная частица, диаметром около 30 нм,
функционально

Строение рибосомы

Покинув ядро клетки, РНК несет генетическую депешу к огромному

Синтез белков молекулой РНК
http://nnm.ru/blogs/rab44/

Трансляция

Трансляция – матричный процесс, включающий в себя определенные стадии в

Трансляция – матричный процесс, включающий в себя определенные стадии в определенной

Различия трансляции у про- и эукариот наблюдаются по:
размеру и коэффициенту седиментации

Болезни, вызываемые неправильно собранными белками

Муковисцидоз Болезнь Хантингтона
Болезнь
Альцгеймера
Болезнь Крейцфельда-Якоба

Посттрансляционные изменения белков:
фолдинг,
транспорт и
деградация белков

Посттрансляционная модификация белков – это изменение первичной структуры полипептидной цепи после

Фолдинг белков – процесс, при котором белок принимает характерную для его

Факторы и ферменты фолдинга

Факторами фолдинга являются молекулярные шапероны и шаперонины.
(шапероны

Шаперонины представляют собой сложные белки, состоящие из большого количества субъединиц.
Они похожи

Молекулы убиквитина (оранжевые и розовые) присоединены к белку Src (голубой), направляя

«Поцелуй смерти» – именно так израильские ученые Арон Чехановер и Аврам Гершко, а также