Лекция Молекулярные основы наследственности ПЛАН 1 Доказательства

Лекция: Молекулярные основы наследственности ПЛАН. 1. . Доказательства роли ДНК как носителя генетической информации. 2. ДНК, строение и функции. 3. РНК, виды РНК, строение и функции. 4. Генетический код, свойства генетического кода. 5. Уровни организации наследственного материала.

Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации Трансформация Трансдукция Конъюгация

Трансдукция – перенос ДНК из одной клетки (донор) в другую (реципиент) с помощью бактериофагов. Этот способ обмена открыт в 1952 г. Н. Зиндером и Джю Ледербергом Salmonella typhimurium. В одну половину трубкиштамм 22 А, в другую – штамм 2 А. Они не могли переходить через фильтр. Штамм 22 А несет мутацию, блокирующую синтез триптофана (Т¯), штамм 2 А – блокирует синтез гистидина (Н¯). Фильтрующим агентом, переносящим ген Т+ от штамма 2 А к штамму 22 А

Трансдукция

Конъюгация – однонаправленная передача генетической информации в результате непосредственного контакт между донорной и реципиентной клеткой.

В скрещиваниях F ¯и F+, установлено, что фактор фертильности (F-фактор) передается с высокой частотой независимо от остальных генов. Клетки Hfr теряют способность к автономной передаче F-фактора, который занимает определенный локус в хромосоме бактерии. В клетках F+ он веден себя как самостоятельная частица. В клетках F ¯ отсутствует. В клетках Hfr – как локус хромосомы. F-фактор (гены, плазмида) – образование пилей, способность к переносу в другие бактерии.

В 1941 г. американские генетики Дж. Бидл и Э. Тейтум установили прямую связь между состоянием генов и синтезом ферментов (белков). Отсюда известное выражение «Один ген – один белок» . Вскоре было установлено, что кодирование белка – основная функция генов. За это открытие, сделанное вместе с Дж. Ледербергом, все трое были удостоены Нобелевской премии 1958 г. В 1944 г. американские микробиологи О. Эвери, К. Маклеод и М. Маккарти установили, что молекула ДНК может переносить свойства одного организма к другому. В 1948 г. английский химик-органик А. Тодд подробно изучал структуру ДНК и выяснил, как связываются между собой четыре азотистых основания – аденин, гуанин, цитозин и тимин – с сахаром (рибоза или дезоксирибоза) и молекулой фосфорной кислоты

В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон установили, что молекула ДНК состоит из двух правозакрученных комплиментарных (лат. complimentum дополнение) полинуклеотидных цепей – модель двойной спирали. Две цепи молекулы ДНК образуют подобие «веревочной лестницы» , в которой роль «веревок» играют сахарно -фосфатные части нуклеотидов, а роль «перекладин» – основания нуклеотидов.

В 1949– 1951 гг. были проведены исследования в разных странах по выявлению структуры ДНК: 1) американский биохимик Э. Чаргафф сформулировал правило, названное его именем: общее количество гуанина и аденина в молекуле ДНК равно количеству цитозина и тимина. Он установил, что отношения А/Т и Г/Ц приблизительно равны единице. 2) английский биофизик М. Уилкинс и др. получили рентгенограммы молекулы ДНК и подготовили почву для расшифровки в 1953 г. структуры ДНК.

В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон установили, что молекула ДНК состоит из двух правозакрученных комплементарных (лат. Complementumдополнение) полинуклеотидных цепей – модель двойной спирали. Две цепи молекулы ДНК образуют подобие «веревочной лестницы» , в которой роль «веревок» играют сахарно-фосфатные части нуклеотидов, а роль «перекладин» – основания нуклеотидов.

Структура молекулы ДНК Азотистое основание: A, T, G, C, (U) Углевод: Рибоза (РНК), дезоксирибоза (ДНК) Нуклеозид: А. О. + остаток сахара Нуклеотид: Нуклеозид + ост. фосфорной к-ты А. О. Нуклеозид Нуклеотид Аденин (А) Аденозин Адениловая к-та (AMP, d. AMP) Гуанин (G) Гуанозин Гуаниловая к-та (GMP, d. GMP) Цитозин (С) Цитидин Цитидилоая к-та ( CMP, d. CMP) Тимин (Т) Тимидин Тимидиловая к-та ( TMP, d. TMP) Урацил (U) Уридин Уридиловая к-та (UMP)

Рибонуклеиновые кислоты (РНК). 1. информационная РНК (или м. РНК)(5%) 2. Рибосомная РНК (р. РНК) (85%); 3. траспортная РНК (т. РНК) (10%). Отличие от ДНК: 1. РНК состоит из одной полинуклеотидной цепочки. 2. В состав нуклеотида входит пятиуглеродный сахар – рибоза; 3. Вместо азотистого основания Тимин присутствует Урацил.

т. РНК, и. РНК

Свойства ДНК – репликация и репарация. Функции ДНК: - хранение и реализация наследственной информации; - участие в биосинтезе белка; -передача наследственной информации в ряду поколений клеток. Функции РНК: м-РНК переносит информацию к месту синтеза белка; Т-РНК – транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка-рибосомам. Р- РНК- участвует в образовании малой и большой субъединиц рибосом, следовательно, участвует в биосинтезе белков

В 1961 году Ф. Крик с сотрудниками расшифровали генетический код – это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. Свойства генетического кода: 1. Триплетность –сочетание трех нуклеотидов (триплет, или кодон) определяет одну аминокислоту. 2. Однозначность – определённый кодон соответствует только одной аминокислоте 3. Вырожденность (избыточность) – одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. 4. Универсальность – генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности: от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии). Однако из этого свойства есть ряд исключений 5. Непрерывность – между триплетами нет знаков препинания, т. е. информация считывается непрерывно. 6. Неперекрываемость – один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов. (Не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом

Реализация генетической информации в живых клетках осуществляется при помощи двух матричных процессов: 1) транскрипции– синтез информационной (матричной) РНК на одной из цепочек ДНК, при участии фермента РНК-полимеразы; 2) трансляции – перевод генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи в рибосомах на матрице и-РНК).

Уровни организации наследственного материала: 1. ГЕННЫЙ 2. ХРОМОСОМНЫЙ 3. ГЕНОМНЫЙ

Уровни организации наследственного материала: 1. ГЕННЫЙ 2. ХРОМОСОМНЫЙ 3. ГЕНОМНЫЙ Ген - единица наследственности и изменчивости. Ген – это участок молекулы ДНК, который несет информацию о синтезе полипептида или нуклеиновой кислоты. Гены: структурные и функциональные Гены: регуляторы, модуляторы, ингибиторы, интенсификаторы, модификаторы и др.

Генотип у всех соматических клеток одинаковый, но в разных клетках работают разные гены – область их действия называют полем действия генов. Гены функционируют непостоянно. Время работы гена – это период его функционирования. Условно гены делят на 3 группы: 1. Гены, функционирующие во всех клетках (гены, кодирующие ферменты энергетического обмена). 2. Гены, функционирующие в одной ткани(ген, кодирующий синтез миозина). 3. Гены, специфичные для одного типа клеток (ген, кодирующий синтез гемоглобина). Главный механизм дифференцировки клеток – блокировка и деблокировка транскриптонов на определенных этапах развития.

Первичные функции гена: Хранение и передача генетической информации: Свойства гена: 1. Специфичность. 2. Целостность. 3. Дискретность. 4. Стабильность. 5. Лабильность. 6. Плейотропность. 7. Экспрессивность. 8. Пенетрантность

Современное состояние теории гена Ген занимает определенный локус Ген(цистрон) – часть молекулы ДНК – функциональная единица наследственной информации. Число нуклеотидов в гене неодинаково. Внутри гена могут происходить рекомбинации (реконы) и мутирование (мутоны). Существуют структурные и функциональные гены. Структурные гены кодируют синтез белков, но ген не принимает непосредственного участия в синтезе белка. ДНК-матрица для молекул и РНК. Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов. Расположение триплетов из нуклеотидов в структурных генах колинеарно аминокислотам в полипептидной цепи, кодируемой данным геном. Молекулы ДНК, входящие в состав гена, способны к репарации, поэтому не всякие повреждения гена ведут к мутациям. Генотип будучи дискретным (состоящим из отдельных генов), функционируют как единое целое. На функцию генов оказывают влияние факторы как внутренней, так и внешней среды.

Регуляция работы генов

Регуляция активности генов у эукариот

Хромосомная теория наследственности (Т. Морган и соавт. , 1911 г. ) 1. 2. 3. 4. Гены расположены в хромосомах в линейном порядке в определенных локусах. Аллельные гены занимают одинаковые локусы гомологичных хромосом. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются преимущественно вместе; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом. Между гомологичными хромосомами возможен обмен участками – кроссинговер, который нарушает сцепление генов. Процент кроссинговера пропорционален расстоянию между генами. 1 морганида – единица расстояния, равная 1% кроссинговера.

Спасибо за внимание!