Лекция 1 Молекулярные механизмы экспрессии генов План

Лекция 1 Молекулярные механизмы экспрессии генов

План лекции 1. Организация наследственного аппарата клетки. 2. Молекулярные механизмы экспрессии генов - функции генов - схема реализации гена в признак - классификация генов 3. Регуляция экспрессии генов - прокариот (лактозный оперон) - эукариот (транскриптон)

1. Строение и функции ядра Наружная мембрана Кариолемма Ядерные поры (оболочка ядра) Ядро Внутренняя мембрана Кариоплазма (Кариолимфа, «ядерный сок» , нуклеоплазма) Внутреннее содержимое ядра (белковый матрикс) Хроматин Ядрышко (ДНК + белки) (производное хромосом 13, 14, 15, 21, 22) Эухроматин (активный) Гетерохроматин (не активный) деконденсированный

кции ядра: Фун 1. Хранит генетическую информацию о белке; 2. Передает эту информацию в цитоплазму с помощью транскрипции (синтеза и-РНК); 3. Передает информацию дочерним клеткам (при репликации ДНК); 4. Регулирует процессы обмена веществ , протекающие в клетке.

2. Молекулярная организация наследственного материала: Наследственность - свойство организмов сохранять и передавать свои признаки и особенности развития новому поколению.

Изменчивость – свойство организмов изменяться по воздействием факторов среды и передавать эти изменения в ряду поколений Синдром Эдвардса Синдром Дауна Синдром Патау З д о р о в ы е д е т и

Структурно-функциональная организация ГЕНА ГЕН – единица наследственности и изменчивости ГЕН – участок молекулы ДНК, несущий информацию белка РНК о синтезе определенного белка или РНК ДНК Ген

пара Структурная единица ГЕНА – это пара нуклеотидов триплет Функциональная единица ГЕНА – это триплет или кодон НО А к-та A Т ОН Т р и п л е т К о д о н

1. Строение и свойства нуклеиновых кислот ДНК Открыта в 1869 г Фридрихом Мишером В 1944 г Освальд Эвери Мак-Леод Мак-Карти установили, что ДНК играет решающую роль в хранении и передаче наследственной информации

1953 Открыли структур у ДНК James Watson Francis Crick Дата рождения молекулярной биологии

ДНК и РНК – ПОЛИМЕРЫ НУКЛЕОТИД Их мономер – НУКЛЕОТИД состоит из трёх частей С 5 Н 10 О 4 С 5 Н 10 О 5 5’ Фосфат 5ʹ О 4ʹ Углевод 1ʹ (дезоксирибоза или рибоза) 3ʹ Азотистое основание 2ʹ ОН 3’ Рост полинуклеотидной цепи происходит только 5ʹ 3ʹ только в одном направлении от 5ʹ до 3ʹ

Азотистые основания бывают 2 -х видов: Гуанин Пурины 12 нм Аденин Азотистые основания 12 нм Пиримидины 8 нм Тимин Цитозин Урацил

Дезоксирибо. Нуклеиновая Кислота состоит из 4 мономеров: A АДЕНИЛОВЫЙ ОН Молекула ДНК имеет 3 структуры G ГУАНИЛОВЫЙ ОН C ЦИТИДИЛОВЫЙ ОН Т ТИМИДИЛОВЫЙ ОН

Первичная структура ДНК – одна цепь П о л и н у к л е о т и д н а я ц е п ь Ц 5’ 3’ Фосфодиэфирная ОН связь Н Т 5’ 3’ Фосфодиэфирная ОН связь 5’ 3’ ОН A

Принцип комплементарности A-T G-C A-T – СЛАБЫЕ ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ G-C – БОЛЕЕ СИЛЬНЫЕ ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ

Вторичная структура ДНК – 2 цепи, соединенные по принципу комплементарности А-Т, G-C О б о р 3, 4 нм о т спирали А 0, 34 нм Третичная структура ДНК - спираль

Репликация, репарация, рекомбинация ункции ДНК: Ф 1. Репликация – способность ДНК к самоудвоению Реплика ция ДНК — это синтез дочерней молекулы ДНК на матрице материнской. В результате репликации 2 дочерние клетки получают абсолютно одинаковые копии молекулы ДНК (идентичные материнской).

ПОЛУКОНСЕРВАТИВНЫЙ Удвоение ДНК происходит только 1 раз перед делением клетки Sв S-период. отдельные Иногда могут удваиваться и отдельные участки ДНК, тогда этот процесс амплификацией называется амплификацией. ) ая инск р ая мате одн ( х Этот механизм репликации очень точный, обеспечивает стабильность ДНК ь ис х ая цеп новрняя) дна епь (доче О ая ц втор

Репликация ДНК идет с большой скоростью (100 нуклеотидов в секунду) Иногда при репликации допускаются ошибки - 1: 100 000 В цепи ДНК 5 миллиардов нуклеотидов, значит число ошибок составит 50 000 на одно деление. Это очень много!!! 1. Не делать ошибок! Какой выход? 2. Уметь ошибки исправлять!

В репарации принимают участие множество ферментов, информация о которых закодирована в ДНК При мутациях генов, ответственных за болезни репарацию, возникают болезни репарации

пигментная ксеродерма. Самая известная – это пигментная ксеродерма. заболевании При заболевании солнечный свет повреждает раку кожи ДНК в клетках кожи и это приводит к раку кожи

3. Рекомбинация – обмениваться своими участками кроссинговер

Строение и свойства РНК Рибо. Нуклеиновая Кислота состоит из 4 мономеров: РНК имеет только одну цепь Рибоза ОН ОН A АДЕНИЛОВЫЙ G ГУАНИЛОВЫЙ C ЦИТИДИЛОВЫЙ ОН U УРИДИЛОВЫЙ Т ТИМИДИЛОВЫЙ ОН

Виды РНК и(м)-РНК до 10000 нуклеотидов Линейная т- РНК около 100 нуклеотидов р-РНК 2 -3 000 нуклеотидов 3 -мерная конформация Антикодон т-РНК р-РНК Все виды РНК участвуют в синтезе белка Амино кислота

ункции РНК: Ф Все виды РНК участвуют в синтезе белка, который проходит в рибосомах: ДНК →РНК → белок 2. Некоторые РНК выполняют каталитическую функцию. Это рибозимы – РНК-ферменты 1. 3. Малые РНК регулируют работу генов в ядре и синтез белка в цитоплазме.

Молекулярные механизмы работы (экспрессии) генов: Экспрессия генов – это процесс реализации информации, закодированной в ДНК, на уровне РНК и белков. Функции ГЕНОВ Главные функции генов: 1. ХРАНЕНИЕ генетической информации 2. ПЕРЕДАЧА генетической информации в направлении : —ДНК → РНК → белок —ДНК → ДНК

начало экзоны ГЕН человека конец 5ʹ начало гена Экзон Интрон интроны Экзон 3ʹ ДНК конец гена Информативные участки гена НЕ информативные участки гена инициатор терминатор АУГ,

Я Д Р О ГЕН (ДНК) Трансляция Транскрипция Полипептид р. РНК Про т. РНК и. РНК Комплектация Процессинг Белок Ц И Т О П Л А З М А р. РНК Зрелые т. РНК и. РНК Метаболизм ПРИЗНАК

ПРОЦЕССИНГ про-и. РНК ( процессинг: 1. рестрикция 2. сплайсинг 5ʹ начало Экзон Интрон Экзон Рестрикция Сплайсинг Экзон 3ʹ конец

Классификация ГЕНОВ Структурные Содержат информацию о структуре белка, т-РНК, р-РНК Функциональные Регулируют работу структурных генов Регуляторы Промото ры ры Операторы

ГЕНЫ структурные функциональные

Нобелевская премия 1965 г Концепция оперона Жак Люсьен Моно биохимик и микробиолог Франсуа Жакоб микробиолог Генетический контроль синтеза ферментов (схема регуляции экспрессии генов)

Регуляция экспрессии ГЕНОВ К определенным условиям среды клетки приспосабливаются благодаря контролю экспрессии генов Гены часто экспрессируются последовательно: активация одного гена вызывает экспрессию другого и приводит к каскаду событий А а В b С c D d Контроль определенного признака

Клетка может изменять количество и качество поступающих в нее питательных веществ. При помощи индукции и репрессии перераспределяет состав своих ферментов: она прекращает (репрессирует) синтез одних ферментов и включает (индуцирует) синтез других. ИНДУКЦИЯ – синтез ферментов, вызванный определенным химическим соединением, которое называется субстратом реакции РЕПРЕССИЯ – подавление (прекращение) синтеза ферментов продуктом реакции, которое катализирует этот фермент

Лактозный оперон ОПЕРОН – это единица транскрипции и экспрессии генов Промотор Ген Оператор Структурные Терми. ЦААТ гены натор регулятор А В ТАТА Белок репрессор

Ген регулятор Промотор Оператор ЦААТ ТАТА Структурные Термигены натор А В - Кодирует белок-репрессор; - контролирует работу оперона Промото р − место присоединения РНК-полимеразы ЦААТ – это сайт узнавания для РНК-полимеразы ТАТА – это сайт инициации транскрипции Опера тор − место прикрепления белка-репрессора Содержат информацию о структуре белка, т-РНК, р-РНК Терминатор – участок окончания транскрипции

Как работает лактозный оперон? Оперон работает под контролем гена-регулятора Ген-регулятор кодирует белок-репрессор, который в активной форме запрещает (репрессирует) транскрипцию, и оперон выключается. Промотор Ген Оператор Структурные Терми. ЦААТ гены натор регулятор А В ТАТА Белок репрессор Белок Оперон РЕПРЕССИРОВАН (не активен) репрессор Транскрипция РНК не происходит

Схема регуляции экспрессии генов А Б НЕ активен и. РНК и. РН К РНК- Активен РНКполимераза Транскрипция и. РНК → Ферменты образуются Репрессор Транскрипция НЕ происходит полимераза Белкиферменты Индукто рлактоза А – оперон НЕ активен, т. к. белок-репрессор связан с оператором, Б – оперон активен, т. к. белок-репрессор блокирован индуктором (лактозой).

Спасибо за внимание!