Первая фотография ДНК Джеймс Уотсон Френсис Крик Нобелевская

Первая фотография ДНК Джеймс Уотсон Френсис Крик Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 г.

Составными частями нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из пентозы, азотистого основания и фосфорной кислоты. В зависимости от типа сахара различают рибонуклеиновую кислоту (РНК; в её состав входит рибоза) и дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК; в её состав входит сахар дезоксирибоза, у которого на один атом кислорода меньше). В обоих типах нуклеиновых кислот содержатся четыре типа азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т); в РНК вместо него содержится урацил (У). Фосфорная кислота определяет кислотные свойства нуклеиновых кислот.

Адениновый нуклеотид Соединяясь друг с другом фосфодиэфирной связью (3'-фосфатная группа одного и 5'-сахар другого нуклеотида), два нуклеотида образуют динуклеотид. При синтезе полинуклеотидов этот процесс повторяется миллионы раз. Фосфодиэфирный мостик является прочной ковалентной связью, обеспечивая всей цепи стабильность и уменьшая риск «поломок» ДНК. Пары оснований соединяются водородными связями между основаниями в строго определённом порядке (аденин с тимином, гуанин с цитозином). Таким образом, цепи двойной спирали комплементарны другу.

ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Каждая цепь закручена в спираль вправо, и обе цепи свиты вместе, образуя двойную спираль. Шаг спирали составляет 3, 4 нм (по 10 пар оснований в витке), а диаметр витка – 2 нм. Фосфатные группировки находятся снаружи спирали, а азотистые основания – внутри. ДНК – очень хрупкая молекула, простое перемешивание её раствора может привести к разрыву цепей на более мелкие куски. Размеры ДНК зависят от типа организма. Физическая длина ДНК вирусов составляет десятки микрометров, бактерий – миллиметры, а человека – 2 метра. Общая длина всех ДНК человека составляет 2∙ 1010 км.

Молекула РНК в отличие от ДНК состоит, как правило, из одной цепи и имеет гораздо меньшие размеры. Существует три основных вида РНК: транспортная (т-РНК), информационная (и-РНК) и рибосомная (р-РНК). Информационная РНК (и-РНК) является матрицей, которую рибосомы используют при синтезе белка. Её нуклеотидная последовательность комплементарна сообщению, содержащемуся в определённом участке ДНК. Транспортные РНК переносят аминокислоты к месту синтеза. Несколько видов р-РНК являются основным компонентом рибосом. Нуклеотидные последовательности т-РНК и р-РНК также определяются определёнными участками ДНК находится, главным образом, в ядре клетки, являясь основным веществом хромосом. РНК сконцентрирована в ядрышке, цитоплазме и частично в хромосомах. Молекул РНК в клетке значительно больше (иногда их десятки тысяч), чем молекул ДНК.

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик не только постулировали структуру ДНК, но и объяснили, каким образом может передаваться генетическая информация. Это происходит в три этапа: репликация (копирование родительской ДНК с образованием дочерних ДНК); транскрипция (переписывание генетической информации в форме РНК); трансляция (перевод информации с РНК на белковую форму). Эти реакции называют реакциями матричного синтеза

Репликация ДНК. Матрицей для синтеза цепи молекулы ДНК служит другая цепь ДНК. Этот процесс начинается с разделения двух цепей, каждая из которых становится матрицей, синтезирующей нуклеотидную последовательность новых цепей. Хеликаза, топоизомераза и ДНКсвязывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований. Репликация катализуется несколькими ДНК-полимеразами. После репликации дочерние спирали закручиваются обратно уже без затрат энергии и каких-либо ферментов.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, система "записи" наследств. информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых к-т. Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа: 1) синтез молекулы матричной, или информационной, РНК (соотв. м. РНК, или и. РНК) на соответствующем участке ДНК; при этом последовательность нуклеотидов ДНК "переписывается" в нуклеотидную последовательность и. РНК (транскрипция); 2) синтез белка, при котором последовательность нуклеотидов и. РНК переводится в соответствующую последовательность аминокислот (трансляция). Свойства генетического кода Триплетность – значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон). Какой именно кодон ответствен за включение той или иной аминокислоты, можно определить по таблице, в которой буквы А, Г, У, Ц обозначают основания, входящие в нуклеотиды: в вертикальном ряду слева - в первый нуклеотид кодона, в горизонтальном ряду сверху - во второй, в вертикальном ряду справа - в третий. Трехбуквенные сочетания, напр. фен, сер, лей, - сокращенные назв. аминокислот.

Однозначность (специфичность) – определённый кодон соответствует только одной аминокислоте. Лишь два кодона, кодирующие валин (ГУГ) и метионин (АУГ), способны выполнять дополнит. функции. Если они находятся в начале считываемой области и. РНК, к ним присоединяется т. РНК, несущая формилметионин, который всегда находится в начале строящейся полипептидной цепи, а по завершении синтеза отщепляется целиком или отщепляет формильный остаток, превращаясь в остаток метионина. Т. е. , кодоны ГУГ и АУГ - инициаторы синтеза полипептидной цепи (старткодоны). Если же они не стоят первыми, то не отличаются по функциям от др. кодонов.

Знаки препинания между генами. Три кодона - УАА, УАГ и УГА в нормальных условиях не кодируют к. -л. аминокислоты. Такие кодоны наз. "бессмысленными", или нонсенскодонами (стоп-кодонами). Они являются "сигналами" остановки синтеза полипептидной цепи. Вырожденность (избыточность) – поскольку 61 кодон кодирует всего 20 аминокислот, одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. Вырожденность генетического кода неравномерна: для аргинина, серина и лейцина она шестикратна (т. е. для каждой из этих аминокислот имеется по шесть кодонов), тогда как для мн. др. аминокислот (тирозина, гистидина, фенилаланина и др. ) лишь двукратна. Две аминокислоты (метионин и триптофан) представлены единств. кодонами. Кодоны-синонимы почти всегда отличаются друг от друга по последнему из трех нуклеотидов, тогда как первые два совпадают. Т. обр. , код аминокислоты определяется в основном первыми двумя "буквами". Вырожденность генетического кода имеет важное значение для повышения устойчивости генетической информации.

Универсальность – генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности – от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии). Непрерывность – между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно. жилбылкоттихбылсермилмнетоткот Важнейшее свойство генетического кода – его однонаправленность. Кодоны информативны только в том случае, если они считываются в одном направлении – от первого нуклеотида к последующим

Схема биосинтеза Процесс биосинтеза белка состоит из трех стадий: транскрипции (синтез и. РНК), сплайсинга ( «созревание» и. РНК) и трансляции (биосинтез первичного белка). Транскрипция и сплайсинг протекают в ядре, а трансляция – в цитоплазме. В трансляции принимают участие т. РНК, доставляющие аминокислоты к месту сборки белковой молекулы.

http: //www. strf. ru/science. aspx? Catalog. Id=222&d_no=34324

Внутри генов эукариот всегда бывают участки, которые не кодируют ни полипептидов, ни стабильных РНК. Эти участки назвали интронами — от английских слов intervening zone — зона, „перемежающая“ смысловую последовательность гена. А кодирующие участки были названы экзонами (от expressing zone — экспрессируемая зона гена).

Интрон — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка. Иными словами, это транскрибируемый участок ДНК, который удаляется из состава транскрипта при сплайсинге; в результате последовательности, находящиеся по обе стороны от интрона (экзоны) объединяются. Последовательность нуклеотидов, соответствующая интрону, удаляется из транскрибированной с него м. РНК в процессе сплайсинга до того, как произойдет считывание белка (трансляция).

В пятидесятых годах XX века было установлено, что синтез белка происходит в рибонуклеопротеиновых частицах, называющихся рибосомами. Диаметр рибосомы бактерии E. coli составляет 18 нм, а их общее количество – десятки тысяч в клетке. Рибосомы эукариот несколько крупнее (21 нм). Синтез белка требует очень большого количества ферментов и других специфических макромолекул, общее количество которых, видимо, доходит до трёхсот. Часть из них к тому же объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но несмотря на большую сложность синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью (десятки аминокислотных остатков в секунду). Процесс может замедляться и даже останавливаться ингибиторами-антибиотиками.

Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется ковалентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ. Реакция катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия ионов магния.

Инициация белковой цепи. и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой, прикреплённой к соответствующей т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи. Кодоны транслируются всегда целиком; для кодирования невозможно использование элементов одного из них в сочетании с элементами соседнего.

Элонгация. Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК. В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть всем аминокислотам поставлены в соответствие триплеты нуклеотидов. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля (так называемые факторы элонгации).

Терминация. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы. Сворачивание и процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот, присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.

Синтез белка контролируют геныоператоры. Совокупность рабочих генов – операторов и структурных генов – называется оперон. Опероны не являются самостоятельной системой, а «подчиняются» генам-регуляторам, отвечающим за начало или прекращение работы оперона. Свой контроль гены-регуляторы осуществляют при помощи специального вещества, которое они при необходимости синтезируют. Это вещество реагирует с оператором и блокирует его, что влечёт за собой прекращение работы оперона. Если же вещество реагирует с небольшими молекулами – индукторами, это будет являться сигналом к возобновлению работы системы. Модель оперонов была разработана на микроорганизмах, но она соответствует и принципу работы генома эукариот. У последних гены образуют сложные системы, называемые супергенами, которые могут одновременно кодировать множество идентичных другу молекул белка.

При нагревании или других экстремальных условиях спираль ДНК расплетается, и её цепи разделяются. Если этот процесс не дошел до конца, то он легко обратим вспять. При полной денатурации обратный процесс будет протекать значительно медленнее: комплементарным участкам цепей сначала нужно «отыскать» друга, после чего две цепи сравнительно быстро «застёгиваются» наподобие молнии, вновь образуя двойную спираль. Одноцепочечная ДНК одного вида организма может образовать гибрид с ДНК другого вида, при условии, что нуклеотидные последовательности цепей хоть немного похожи. Естественно, спариваются только отдельные участки цепей, которые комплементарны другу. Исследуя образование таких гибридов, можно сделать вывод об относительном родстве разных видов.

Структурными генами называются участки ДНК, кодирующие белковые цепи, т. РНК и р-РНК. В классической биологии гены определяли как часть хромосомы, определяющей какой-то наследственный признак. Более точное определение дала молекулярная биология: ген – фрагмент генетического кода, который может синтезировать только один определённый полипептид или РНК. Наряду со структурными генами ДНК содержит регуляторные последовательности. Они могут обозначать начало или конец структурного гена, запускают или прекращают транскрипцию. В генах эукариот содержатся нетранслирующиеся вставки – интроны. Их значение до конца не понятно; возможно, они делят гены на отдельные участки, которые могут рекомбинировать в ходе эволюции с образованием новых генов. Вообще, нетранслируемого материала в клетках эукариот довольно много – возможно, около 10 %. Часть генов «работает» только при определённых условиях. Так, ген, регулирующий синтез инсулина, способен выполнять свои функции только в специальных клетках поджелудочной железы, а гемоглобин вырабатывается только в том случае, если гены, отвечающие за его синтез, находятся в клетках молодых эритроцитов. Некоторые гены повторяются в ДНК во множестве копий. Таковыми, например, являются гены, синтезирующие кератин перьев цыплят, – для быстрого роста животного необходима большая скорость производства «строительного материала» , и один ген с этой работой не справлялся бы.

Число адениновых оснований в любой ДНК равно числу тиминовых оснований, число гуаниновых оснований всегда равно числу цитозиновых оснований. Никаких ограничений относительно последовательности нуклеотидов в одной цепи не существует, но эта последовательность в одной цепи полностью определяет собой последовательность нуклеотидов в другой. Пары соединяются водородными связями между основаниями в строго определённом порядке (аденин с тимином, гуанин с цитозином). Таким образом, цепи двойной спирали комплементарны другу. Размеры ДНК зависят от типа организма. Физическая длина ДНК вирусов составляет десятки микрометров, бактерий – миллиметры, а человека – 2 метра. Общая длина всех ДНК человека составляет 2∙ 1010 км.

http: //scilib. narod. ru/Biology/Gene. Power/ А. А. БОГДАНОВ Б. М. МЕДНИКОВ Власть над геном http: //www. youtube. com/watch? v=4 PKj. F 7 Oum. Yo&feature=fvst - визуализация ДНК, репликация, транскрипция, трансляция http: //www. youtube. com/watch? v=Ynmxwqiv 7 j 8&NR=1 http: //www. youtube. com/watch? v=Wsof. H 466 lqk&NR=1 – смотреть (транскрипция) http: //www. youtube. com/watch? v=5 b. LEDd-PSTQ&feature=related – смотреть (трансляция) http: //www. youtube. com/watch? v=B 6 O 6 u. Rb 1 D 38&NR=1 – смотреть http: //www. centrasia. ru/news. A. php? st=1195648740 - Великое открытие! Фазли Атауллаханов первым в мире проник в тайну митоза - деления клетки