ЛЕКЦІЯ 2 Молекулярні основи спадковості Реалізація спадкової

ЛЕКЦІЯ № 2 Молекулярні основи спадковості. Реалізація спадкової інформації Лектор – доцент кафедри медичної біології, канд. біологічних наук Полеся Т. Л.

ПЛАН 1. Характеристика нуклеїнових кислот 2. Генетичний код, його властивості 3. Ген, класифікація та будова 4. Молекулярнї механізми реалізації генетичної інформації, регуляція експресії генів. 5. Генна інженерія та біотехнологія

Багатоетапний процес дозрівання різних видів РНК отримав назву: ! A. B. C. D. E. Реплікація. Репарація. Транскрипція. Трансляція. Процесінг. Created by Polesya Tatiana Biology department

У процесі трансляції синтез всіх поліпептидних ланцюгів відбувається у напрямку від N-кінця до С-кінця. З якої амінокислоти завжди починається синтез поліпептидного ланцюга? ! A. B. C. D. E. Триптофану Метіоніну Глутаміну Аланіну Created by Polesya Tatiana Biology department

В клітині існує 3 види РНК: транспортна, що транспортує амінокислоти до полісом; інформаційна, що виконує роль матриці; рибосомна, що входить до складу рибосом. Якої з них в клітині найбільше? ! A. B. C. D. E. інформаційної транспортної рибосомальної матричної про-іРНК Created by Polesya Tatiana Biology department

Під час опитування студентів за темою: “Молекулярня біологія” викладачем було задане запитання: “Чому генетичний код є універсальним? ” Правильною повинна бути відповідь: “Тому що він…”: ! A. містить інформацію про будову білка B. є триплетним C. єдиний для всіх організмів D. кодує амінокислоти E. колінеарний Created by Polesya Tatiana Biology department

4. 7 – Part 1 Figure 4. 7 – Part 1

4. 8 Figure 4. 8

Рівні організації спадкового матеріалу 1. Генний (ген – ділянка ДНК) 2. Хромосомний ( хромосома – група зчеплення генів) 3. Геномний ( сукупність генів гаплоїдного набору хромосом

ДНК и РНК матеріальні носії генетичної информации

Нуклеїнові кислоти – біополімери Мононуклеотид: 1. вуглевод (пентоза) 2. азотиста основа 3. залишок фосфорной кислоти

Figure 11. 5

Рівні організації молекули ДНК 1. Первинна – лінійна послідовність нуклеотидів, що пов”язані фосфодифірними зв”язками 2. Вторинна – подвійний комплементарний ланцюг 3. Третинна – додаткова спіралізація при утворенні хромосом та хроматину

Рентгенографія ДНК Figure 11. 4

Правила Чаргафа: 1. (А=Т), (Г=Ц) 2. (A/T=1, Г/Ц=1) 3. (T+Ц/A+Г=1) Видова специфічність ДНК А+Т >Г+Ц, такі організми з АТ-типом ДНК (вищі організми) Г+Ц>А+Т, то - ГЦ-тип ДНК (бактерії)

Третинна структура ДНК

Функція ДНК 1. Зберігання спадкової інформації 2. Передача спадкової інформації (при поділі клітин – реплікація) 3. Реалізація спадкової інформації 4. Генетична стабільність самокорекція і репарація ДНК

ЕКСПРЕСІЯ (РЕАЛІЗАЦІЯ) ГЕНУ: • ГЕН (ділянка ДНК) • і-РНК • БІЛОК !!! (фермент) БІОХІМ. РЕАКЦІЯ ОЗНАКА ФЕНОТИП

Види РНК у клітини: 1. т-РНК – транспорт амінокислот до рибосом (до 15%) 2. і-РНК – має інформацію про послідовність амінокислот в молекулі білка (від 5 до 10 %) 3. р-РНК – складає структуру рибосом (до 80%)

Structure and functions of RNA: • • • 1. messenger RNA (m RNA) transfer RNA (t RNA) ribosomal RNA (r RNA). m RNA - carries information that is necessary for protein synthesis in ribosome (5% to 10%) 2. r. RNA - is a component of ribosomes. About 80% of all cell RNA there is r. RNA 3. t. RNA has the form of a clover leaf. (About 15% of all cell RNA there is t. RNA). It has 2 key regions - carrier end recognition end

Figure 12. 7 т. РНК

Реплікація – синтез ДНК 1. Руйнування подвійної спірали ДНК (фермент геліказа, топоізомераза) 2. Синтез праймера (ділянка РНК) 3. Будівельний матеріал – д. АТФ, д. ТТФ, д. ЦТФ, д. ГТФ 4. Ферменты – ДНК-полімеразы I, III 5. Енергія АТФ

Напівконсерва тивний та матричний

Figure 11. 16

Figure 11. 17

Репарація – самокорекція ДНК Види репарації: а) світлова (активація фермента фотонами світла, кофермент -витамин В 12) б) темнова

Етапи репарації:

ГЕН – ділянка ДНК відповідає за: • первинну структуру білка • послідовність нуклеотидів в молекулах т-РНК, р-РНК

Властивості гена: • • діскретність стабільність лабільність Специфічність Ген є елементарна дискретна одиниця спадковості

Класифікація генів • Гени структурні – кодують первинну структуру білкової молекули • Регуляторні – регулюють активність структурних генів • Гени т. РНК, р. РНК – визначають послідовність нуклеотидів в т. РНК, р. РНК

Класифікація генів прокаріот: • Ген – регулятор • Ген – оператор • Ген – промотор • Структурні гени • Ген - термінатор

Структура лактозного оперону Escherichia coli

Гени еукаріот: 1. Екзонні та інтронні ділянки 2. Интегруючі гени 3. Регуляторні гени 4. Гени-спейсери 5. Гени - трейлери 6. Гени-енхансери 7. Термінатори

Гени еукаріот: 1. гени «домашнього господарства" (housekeeping genes) 2. «гени роскоші" (luxury genes)

Генетичний код – засіб кодування генетичної інформації на матеріальних носіях (ДНК) Генетичний код – це система розташування нуклеотидів у молекулі ДНК, що кодує послідовність амінокислот у молекулі білка

Властивості генетичного коду 1. Триплетність 2. Колінеарність 3. Універсальність 4. Специфічність 5. Виродженість 6. Неперервність 7. Неперекривність 8. Лінійність

Figure 12. 5

Центральна догма молекулярної біології: ДНК РНК білок

ЕКСПРЕСІЯ (РЕАЛІЗАЦІЯ) ГЕНУ: • ГЕН (ділянка ДНК) • і-РНК • БІЛОК !!! (фермент) БІОХІМ. РЕАКЦІЯ ОЗНАКА ФЕНОТИП

Транскрипція – біосинтез РНК Молекули РНК синтезуються на молекулах ДНК з дотриманням принципів: комплементарності і антипаралельності • одиницєю транскрипції є транскриптон

Етапи транскрипції: 1. Ініціація (початок синтезу РНК) 2. Елонгація (продовження синтезу молекули РНК) 3. Термінація (завершення синтезу молекули РНК)

Figure 12. 4 – Part 1

Figure 12. 4 – Part 2

Посттранскрипційна модифікація у еукаріот: • Процесінг – дозрівання про-іРНК в іРНК – • Сплайсінг – зшивання екзонних ділянок в іРНК • „альтернативний сплайсінг”.

figure 14 -06. jpg Дозрівання про і – РНК у еукаріот: 14. 6

Трансляція - біосинтез білка: I. Активація амінокіслот – рекогніція II. Власне біосинтез білка: а) ініціація б) елонгація в) термінація

Ініціація трансляції: Створення ініціаторного комплексу: іРНК, мала субодиниця + велика субодиниця рибосоми + метіоніл-т. РНК

Елонгація – подовження поліпептидного ланцюга за допомогою просування рибосоми вздовж іРНК

Figure 12. 11 – Part 2

Термінація Стоп-кодон на іРНК.

Figure 12. 13 Трансляція білка в часі

Посттрансляційні модифікації білкової молекули

Figure 12. 3

Table 12. 2

Регуляція активності генів прокаріот: Вчені Ф. Жакоб і Ж. Моно у 1961 р. запропонували загальну схему будови генетичного апарату прокаріотів на прикладі моделі лактозного оперону. Вкажіть структурні елементи оперону та намалюйте схематично його будову. Вкажіть механізми, що регулюють його активність.

figure 14 -13. jpg 14. 13

Гени «домашнього господарства" - функціонують завжди та забезпечують всі прцеси метаболізму на стадіях онтогенезу. «Гени роскоші» Экспресуються в спеціалізованих клітинах і тількі за потребою організма та є маркерами надходження чужорідних організму речовин (наркотики, тютюн, хімічні сполуки, ліки та ін. )

Генна інженерія та біотехнологія • Сукупність різних експериментальних методик , які забезпечують реконструкцію, клонування молекул ДНК або генів із заданими цілями

Figure 11. 2 – Part 1 Будова бактеріофага – вектора ДНК

Figure 11. 2 – Part 2 Застосування бактеріофагів у якості вектору ділянок ДНК - генів

figure 13 -02. jpg 13. 2 Стадії паразитування фагів в бактеріальній клітини

figure 13 -10 b. jpg 13. 10 Явище трансдукції

figure 17 -15. jpg 17. 15 Моделювання генів та клонування клітин

figure 17 -08. jpg 17. 8 Створення гібрідних ділянок ДНК

figure 17 -14 b. jpg Використання методів продукції генної інженерії

figure 18 -22. jpg 18. 22 Етапи застосування результатів генної інженерії в медицині

figure 14 -02. jpg 14. 2 Питання?

Дякую за увагу!