Процессы с участием нуклеиновых кислот 1 Spirals

Процессы с участием нуклеиновых кислот 1

Spirals Time — Time Spiralsby Charles Jencks (2000) at Cold Spring Harbor Laboratory Portrait of a DNA sequence by Roger Berry (1998) at the Life Sciences Addition building, University of California, Davis 2

Центральная догма молекулярной биологии 3

4

ИНФОРМАЦИОННАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ ДНК, РНК И БЕЛКАМИ Репликация ДНК Обратная транскрипция Транскрипция РНК Трансляция БЕЛКИ Транскрипция и репликация РНК 5

Прокариотический структурный ген 6

Эукариотический структурный ген Экзоны 150 -200 п. o. (bp) Интроны 40 -10000 п. o. (bp) 7

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК — это процесс синтеза дочерней молекулы ДНК, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками. Общая схема 8

Репликация ДНК - процесс удвоения молекулы ДНК (при делении клетки каждая дочерняя клетка получает по копии молекулы ДНК) Лидирующая цепь Отстающая цепь 9

ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ Структура комплекса ДНК-полимеразы Pol I с ДНК 10

ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ 11

Репликативная вилка: еще одна картинка 12

РАСКРУЧИВАНИЕ ДНК СПИРАЛИ ПРИ РЕПЛИКАЦИИ Белки, связывающиеся с одноцепочечными участками ДНК (single-strand DNA binding protein = SSB белки) Матрица для синтеза лидирующей цепи ДНК-геликаза Здесь должно происходить быстрое вращение спирали ДНК Матрица для синтеза отстающей цепи ДНК-полимераза Процесс раскручивания двойной спирали в репликативной вилке порождает механические и топологические проблемы, которые могут быть сняты вращением родительской спирали вокруг собственной геликаза Pcr. A - комплекс с субстратом оси. 13

Транскрипция – биологический процесс, в результате которого информация, содержащаяся в участке ДНК, копируется на синтезируемую молекулу информационной, или матричной РНК (м. РНК). Транскрипцию осуществляют факторы транскрипции и РНК -полимераза. 14

РНК-полимераза из клетки T. aquaticus 15

РНК-полимераза Е. coli 16

Образование первичного транскрипта и процессинг м. РНК у эукариот 17

Нобелевская премия 2006 года по химии За эту картинку, изображающую, как происходит процесс транскрипции, Роджер Корнберг получил 10 миллионов шведских крон (рис. с сайта nobelprize. org) Нобелевскую премию 2006 года по химии — «за исследование молекулярной основы транскрипции у эукариот» — получил Роджер Корнберг (Roger D. Kornberg, р. 1947) из Стэнфордского университета Белая спутанная нить — это полимераза, синяя — молекула ДНК, оранжевая — строящаяся молекула информационной РНК. Молекула РНК-полимеразы фиксирует копируемую цепочку ДНК в нужной позиции и одновременно обеспечивает правильность подсоединения фрагментов РНК к ДНК-матрице. Зеленая спиралька — это вспомогательный рабочий блок РНК-полимеразы, которая постоянно сдвигает нить ДНК, открывая для копирования новые участки. 18

Трансляцией называют осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице информационной (или матричной) РНК (и. РНК, или м. РНК). Трансляция является финальной реакцией реализации генетической информации. 19

Типы РНК и их распространенность r. RNA, р. РНК t. RNA, т. РНК m. RNA, м. РНК, и. РНК s. RNA, мя. РНК, мц. РНК рибосомальная транспортная матричная или информационная малая (ядерная, цитоплазматическая) ~80% ~15% <2% СТРУКТУРА т. РНК 20

Транспортная РНК (t. RNA) 21

Третичная структура т. РНК 22

АППАРАТ ТРАНСЛЯЦИИ: Строение рибосом P A E 23

ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ Основные положения Экспрессия генов - это процесс реализации информации, закодированной в структуре ДНК, на уровне РНК и белков. ДНК-зависимая РНК-полимераза. Генетический код: однозначность и вырожденность. т. РНК. Инициация трансляции: рамка считывания и код «без запятых» GUA CGU AAG UAA GUA UGG Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции и на уровне трансляции. 24

т. РНК играет роль адаптера между нуклеиновой кислотой и белком в процессе трансляции. 25

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД (3’) т. РНК играет роль адаптера между нуклеиновой кислотой и белком. (5’) Аминокислотная последовательность белков соответствует нуклеотидной последовательности кодирующих их генов. Аминоацил-т. РНК-синтетазы связывают одну-единственную аминокислоту с одной или несколькими родственными т. РНК. Генетический код избыточен (вырожден). Генетический код универсален. 26

Свойства генетического кода Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК. [Поскольку ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимает, то Свойства генетического кода код записывается на языке РНК. В РНК вместо тимина входит урацил] • Триплетность Триплет, или кодон - последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту. • Непрерывность • Вырожденность Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом: 2 АК по 1 триплету = 2 9 АК по 2 триплета = 18 1 АК 3 триплета = 3 5 АК по 4 триплета = 20 3 АК по 6 триплетов = 18 Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот. • Однозначность • Универсальность • Наличие межгенных знаков препинания. Ген - это участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь или одну молекулу т. РНК, р. РНК или мя. РНК. Гены т. РНК, р. РНК, мя. РНК белки не кодируют. 27

(3’) (5’) ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД 28

Трансляция: общая схема 29

ТРАНСЛЯЦИЯ м. РНК У ПРО- и ЭУКАРИОТ Транскрипция и трансляция м. РНК прокариот Транскрипция, процессинг и трансляция м. РНК эукариот 30

Домашнее задание* 1. 2. 3. 4. 5. 6. Изобразить пептидную последовательность, соответствующую собственной фамилии в латинской транскрипции, пользуясь однобуквенным кодом. Ту же пептидную последовательность записать (полностью) в трехбуквенном обозначении, указать N- и С-концы. Написать последовательность ДНК в однобуквенном коде, соответствующую N-концевой 5 -ти-членной последовательности «фамильного» пептида, пользуясь таблицей генетического кода, обозначить 5’- и 3’-концы. Написать последовательность РНК, комплементарную ДНК, обозначить 5’- и 3’-концы, нарисовать структурную формулу 5’-концевого тринуклеотида (указать нумерацию в остатках гетероциклического основания и углевода). На основании таблицы генетического кода вывести последовательность пептида, соответствующего комплементарной РНК, изобразить в трехбуквенном обозначении. Нарисовать структурную формулу С-концевого трипептида из п. 5. * Домашнее задание должно быть аккуратно оформлено на отдельном листе любого формата с указанием фамилии и группы. Текст задания не переписывать, должны быть указаны только номера пунктов и ваши ответы. 31

Домашнее задание 1. Изобразить пептидную последовательность, соответствующую собственной фамилии в латинской транскрипции, пользуясь однобуквенным кодом. ESIPQVA 2. Ту же пептидную последовательность записать (полностью) в трехбуквенном обозначении. ( N) ( C) Glu-Ser-Ile-Pro-Gln-Val-Ala 3. Написать последовательность ДНК в однобуквенном коде, соответствующую N-концевой 5 -ти-членной последовательности «фамильного» пептида, пользуясь таблицей генетического кода, обозначить 5’- и 3’-концы. (5’) (3’) GAA-ТCG-AСC-CCA-CAG 4. Написать последовательность РНК, комплементарную ДНК, обозначить 5’- и 3’-концы, … (3’) (5’) CUU-AGC-UAG-GGU-GUC 32

Домашнее задание 4. …нарисовать структурную формулу 5’-концевого тринуклеотида (указать нумерацию в остатках гетероциклического основания и углевода). (5’) (3’) CUG-UGG-GAU-CGA-UUC 5’-Концевой нуклеотид: CUG Структурная формула + нумерация!!! 5. На основании таблицы генетического кода вывести последовательность пептида, соответствующего комплементарной РНК, изобразить в трехбуквенном обозначении. ( N) ( C) Leu-Trp-Asp-Arg-Phe 6. Нарисовать структурную формулу С-концевого трипептида из п. 5. С-Концевой трипептид: Asp-Arg-Phe Структурная формула!!! 33

Генетическая информация. . . Реализуется Синтез белка . . . Сохраняется Репарация ДНК . . . Воспроизводится Репликация ДНК . . . Совершенствуется Генетическая рекомбинация 34

35

Мона Лиза современной науки 36