Тема 02. ДНК, РНК

Transcript

1. ТЕМА 02. ДНК, ЕЁ ФУНКЦИИ. РЕПЛИКАЦИЯ. ГЕНЫ. ТРАНСКРИПЦИЯ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД. ВИДЫ РНК, ФУНКЦИИ РНК. ТРАНСЛЯЦИЯ. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. ВИРУСЫ, ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. 1
2. ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА • Мишер, 1868 – открыл нуклеиновые кислоты • Уотсон и Крик (+ Розалинд Франклин), 1953 – двойная спираль 2 Крик и Уотсон
3. СТРОЕНИЕ НУКЛЕОТИДА. КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ. 3
4. ДНК - ЭТО • Типичный биополимер. Её мономером является нуклеотид. • Нуклеотиды в пределах одной цепи последовательно соединяются с помощью фосфодиэфирных связей • Две цепи в пределах одной молекулы ДНК комплементарны. Цепи соединяются между собой водородными связями. Кроме того, цепи антипараллельны. • Вторичная структура ДНК – это двойная спираль. Она стабилизируется с помощью водородных связей между соседними витками. • *ДНК является нерегулярным полимером. 4
5. ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ ДНК. СВЯЗИ. 5
6. ДНК В ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКЕ НАХОДИТСЯ В ХРОМОСОМАХ • ДНК имеет множество уровней компактизации (длина ДНК единственной клетки человека – 2 метра); • Нуклеосомный, нуклеомерный, хромомерный, хромонемный, хромосомный • На картинке – метафазная хромосома -----------→ 6
7. ВСПОМНИМ О ЯДРЕ? • Кариолемма • Кариоплазма • Эу- и гетерохроматин • Ядрышко 7
8. ФУНКЦИИ ДНК • Хранение • Передача • Реализация Наследственной информации 8
9. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК • ДНК передаётся от материнской клетки к дочерней, от поколения к поколению с помощью репликации – процесса удвоения ДНК. При этом происходит: • 1) Расхождение двух цепей • 2) Достраивание второй цепи на каждой из двух «родительских» по принципу комплементарности • МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ (от лат. mater — основа, мать) — синтез с использованием матрицы, - основы. Матрица – готовая структура, в соответствии с которой синтезируется новая структура. В клетке происходит три типа реакций матричного синтеза – репликация, транскрипция, трансляция. 9
10. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК 10
11. ТРАНСКРИПЦИЯ • «переписывание» • Это процесс переноса генетической информации с ДНК на РНК. • Происходящий во всех живых клетках процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; 11
12. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК-полимераза «расстёгивает» двойную цепь ДНК. иРНК может синтезироваться только на одной из цепей, которая называется «смысловой». Это тоже происходит в результате подбора комплементарных рибонуклеотидов. После определённых пост- трансляционных модификаций иРНК выходит из ядра, где служит матрицей для трансляции. A->У Т->А Г->Ц Ц->Г Урацил: 12
13. ТРАНСЛЯЦИЯ - ЭТО • Процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. 13
14. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД *Триплетность генетического кода предсказана математикой **Первым расшифрованным кодоном стал UUU (фенилаланин) 14
15. СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА • Кодон=триплет нуклеотидов • 1) триплетность • 2) однозначность • 3) вырожденность • 4) универсальность • 5) неперекрываемость - кодоны следуют друг за другом, не перекрываясь • 6) между кодонами (но не между генами) отсутствуют знаки препинания. В конце каждого гена стоит один из трёх стоп-кодонов УАА. УАГ. УГА. • 7) В начале каждого гена стоит АУГ – единственный кодон для метионина. 15
16. ВИДЫ РНК, ФУНКЦИИ РНК. ТРАНСЛЯЦИЯ. • В клетке существует три основных вида РНК: • 1) рибосомальная – рРНК, входит в состав рибосом • 2) матричная, или информационная – мРНК/иРНК, служит матрицей для синтеза белка • 3) транспортная – тРНК, служит переносчиком аминокислот. ВСЕ ТРИ ВИДА РНК ИГРАЮТ ГЛАВНЫЕ РОЛИ В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА БЕЛКА 16
17. ТРАНСЛЯЦИЯ (БИОСИНТЕЗ БЕЛКА) • Итак, матричная РНК попала в цитоплазму. Здесь рибосома, распознав определённые сигналы, собирается на ней таким образом, чтобы мРНК оказалась между двух её субъединиц, и начинается синтез белка. 17
18. ФУНКЦИИ РНК • Информационная (матричная) • Транспортная • Структурная • Синтетическая (участие в процессе биосинтеза белка, репликации) • Кроме того, у РНК есть регуляторная функция (другие виды РНК) • Функция хранения и передачи наследственной информации (вирусы) ГИПОТЕЗА РНК-МИРА 18
19. ПРАВИЛО ЧАРГАФФА • А=Т • Г=Ц • Пурины=пиримидины (А+Г=Т+Ц) • А+Ц=Г+Т 19
20. ТРНК – «ЛИСТ КЛЕВЕРА» 20
21. ЗА ГОД ДО ОТКРЫТИЯ ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ ДНК, В 1952: • Эксперимент Херши и Чейз - классический эксперимент в истории биологии, который доказал, что генетическая информация находится в ДНК • Испытуемый объект – бактериофаг Т2 (ДНК + белковый капсид) • Две группы бактерий выращивали на среде с фосфором- 32 и серой-25. Затем заражали этих бактерий бактериофагом Т2. Одни бактериофаги насыщались фосфорной меткой (ДНК), другие – серной (белок). Бактериофагами заражали свежие бактерии. Выявляли фосфорную метку в клетках бактерий, серную – во фракции белковых оболочек вирусов. Сделали вывод об инфицирующей роди ДНК. 21
22. ДОМАШНЯЯ РАБОТА • В ЕГЭ – задания 3, 5-8, 19, 27 • 4638711 – состав ДНК, правило Чаргаффа • 4638754 – процессы на ДНК (7,8) • 4639066 – биосинтез (19) • 4639101 – примеры разных задач на биосинтез (27) • Вариант № 3899226 – Химический состав клетки (4) • 3899228 – химический состав – соответствия (5) 22
23. ЗАДАНИЕ 3 № 6706 • Белок состоит из 100 аминокислот. Определите число нуклеотидов в молекуле ДНК, кодирующих данный белок. В ответ запишите только соответствующее число. 23
24. ОТВЕТ • Каждую аминокислоту кодирует три нуклеотида. • 100 аминокислот кодируются 300 нуклеотидами (100x3). • Ответ: 300. 24
25. ЗАДАНИЕ 3 № 6709 • В молекуле ДНК количество нуклеотидов с цитозином составляет 30% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином в этой молекуле? В ответ запишите только соответствующее число. 25
26. ОТВЕТ • Количества разных видов нуклеотидов (аденина, тимина, гуанина и цитозина) в составе молекулы ДНК подчиняется правилу Чаргаффа: количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц. • Количество всех нуклеотидов ДНК составляет 100% (А+Т+Г+Ц=100%). Согласно правила Чаргаффа, количество цитозина равно количеству гуанина (Ц=Г=30%), а сумма количества цитозина и гуанина равна 60% (Ц+Г=60%). На аденин и тимин остается 40% (А+Т=100-(Ц+Г)=100-60=40%). А так как аденин и тимин содержатся в молекуле ДНК в равных количествах, то количество и аденина, и тимина составит по 20% (А=Т=40:2=20%). • Ответ: 20. 26
27. ЗАДАНИЕ 27 № 25755 • Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая). • 5’-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3’ • 3’-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5’ • Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. 27
28. ОТВЕТ • 1. Нуклеотидная последовательность участка тРНК (верхняя цепь по условию смысловая): • ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’ • тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’ • 2. Нуклеотидная последовательность антикодона УГА (по условию третий триплет) соответствует кодону на иРНК УЦА; • 3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота - Сер, которую будет переносить данная тРНК. 28
29. ПРИМЕЧАНИЕ • 1. По фрагменту молекулы ДНК, определяем нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте. • ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’ • тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’ • На ДНК с 3' конца строится тРНК с 5' — конца. • 2. Определяем кодон иРНК, который будет комплементарен триплету тРНК в процессе биосинтеза белка. • Если третий триплет соответствует антикодону тРНК 5’- УГА-3’ , для нахождения иРНК сначала произведем запись в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим 3’-АГУ- 5’, определяем иРНК: 5'–УЦА–3'. • 3. По таблице генетического кода кодону 5'-УЦА-3' соответствует аминокислота -Сер, которую будет переносить данная тРНК. 29
30. ПОЯСНЕНИЕ К СТРОЕНИЮ ДНК В УСЛОВИИ: • Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной водородными связями в парах А-Т и Г-Ц, образуют двухцепочечную молекулу ДНК. Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится приблизительно 10 пар оснований. • Смысловая цепь ДНК — Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию. • Транскрибируемая (антисмысловая) цепь по сути является копией смысловой цепи ДНК. Служит матрицей для синтеза иРНК (информацию о первичной структуре белка), тРНК, рРНК, регуляторной РНК. 30
31. ЗАДАНИЕ 22 № 46282 • В 1952 году А. Херши и М. Чейз проведен эксперимент, вошедший в историю молекулярной биологии. Они • получили две группы бактериофагов Т2: первые имели в составе радиоактивную серу S35, а вторые — радиоактивный фосфор P32. Когда фагами из первой группы заражали культуру бактерий, все радиоактивные изотопы серы оказывались в питательной среде, но не проникали в клетки бактерий. При заражении бактерий фагами из второй группы радиоактивный фосфор обнаруживался внутри клеток бактерий, а не в питательной среде. Объясните результаты эксперимента. Какой метод применили ученые? В состав каких органических веществ и компонентов бактериофага включались радиоактивные изотопы серы и фосфора? Какие параметры задавались самими экспериментаторами (независимые переменные), а какие параметры менялись в зависимости от этого (зависимые переменные)? 31
32. ОТВЕТ • 1. Метод меченых атомов. • 2. Радиоактивная сера включалась в состав белковой оболочки бактериофага. • 3. Радиоактивный фосфор включался в состав нуклеиновой кислоты (ДНК) бактериофага. • 4. При заражении бактерий фагами их белковая оболочка остается снаружи, поэтому изотопы S35 обнаруживались в питательной среде. • 5. нуклеиновая кислота (ДНК) фагов попадает внутрь клетки, поэтому изотопы PЗ2 обнаруживались в бактериальных клетках. • 6. Независимые переменные (задаваемые экспериментатором) — изотопный состав (радиоактивная метка) белковой оболочки и ДНК бактериофага. • 7. Зависимые переменные (изменяющиеся в ходе эксперимента) — изотопный состав (радиоактивная метка) в питательной среде и клетках бактерий. 32
34. ОРГАНИЗАЦИЯ ДНК У ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ • Наследственный материал прокариот находится в клетках в виде единственной кольцевой молекулы ДНК, не отделённой от остальной цитоплазмы какими-либо оболочками – это нуклеоид, или бактериальная хромосома. Кроме того, в цитоплазме прокариот встречаются маленькие кольцевые молекулы ДНК – это плазмиды, как правило несущие гены устойчивости к антибиотикам. У бактерий репликация всегда начинается в одном- единственном месте (ориджин, точка ori). • ДНК эукариот находится в ядре, окружённом двойной ядерной мембраной, в виде множества линейных молекул ДНК – хромосом. Их количество, размер и форма составляют кариотип –набор хросомом, уникальный для каждого вида признак. Репликация эукариотических хромосом может начинаться во многих, хотя и строго определённых, точках (принцип полирепликонности). 34
36. ОБРАЗЕЦ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПО БИОСИНТЕЗУ 36
37. ГЕН - ЭТО • Структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. • Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. 37
38. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ • Теремов-Петросова 10 кл. стр. 129-138 • https://biomolecula.ru/articles/rnk-nachalo-mir-rnk - комикс о гипотезе РНК-мира 38