Скачать презентацию Введение в генетику микроорганизмов Лекция 1 Для Скачать презентацию Введение в генетику микроорганизмов Лекция 1 Для

Лекция 1 ГМ исп.ppt

  • Количество слайдов: 25

Введение в генетику микроорганизмов Лекция № 1 Для студентов специальности «Микробиология» по дисциплине «Генетика Введение в генетику микроорганизмов Лекция № 1 Для студентов специальности «Микробиология» по дисциплине «Генетика микроорганизмов»

План лекции: n n История развития генетики микроорганизмов. Место генетики микроорганизмов в системе генетических План лекции: n n История развития генетики микроорганизмов. Место генетики микроорганизмов в системе генетических дисциплин. Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот. Основные структурные элементы ДНК и РНК. Первичная структура нуклеиновых кислот. Модель Уотсона-Крика. Альтернативные двуспиральные структуры ДНК. Основные физико-химические свойства ДНК.

История развития генетики Первый этап n n Мендель (Mendel) Грегор Иоганн ( 1822 -1884) История развития генетики Первый этап n n Мендель (Mendel) Грегор Иоганн ( 1822 -1884) Открытие Г. Менделем (1865) дискретности (делимости) наследственных факторов и разработка правил скрещивания организмов и учета признаков у их потомства. Менделевские законы наследственности заложили основу теории гена — величайшего открытия естествознания XX в. , а генетика превратилась в быстро развивающуюся отрасль биологии. 1901 -1903 гг. де Фриз выдвинул мутационную теорию изменчивости. Изучение В. Иоганнсеном закономерностей наследования, предложил называть менделевские “наследственные факторы” словом ген, дал определения понятий “генотип” и “фенотип”.

История развития генетики 1868 г. Ф. Мишер выделяет «нуклеин» . 1879 г. А Коссель История развития генетики 1868 г. Ф. Мишер выделяет «нуклеин» . 1879 г. А Коссель начал изучение нуклеина, что привело к открытию нуклеиновых кислот. 1882 г. В. Флеминг обнаруживает и описывает «хроматин» , часть структуры клеточного ядра, которые позже назвали хромосомами. 1889 г. Р. Альтман Нуклеин разделен на нуклеиновую кислоту и белок. Появился термин "нуклеиновая кислота". 1900 г. Все азотистые основания описаны химиками

История развития генетики Второй этап n n n Морган (Morgan) Томас Хант (1866— 1945) История развития генетики Второй этап n n n Морган (Morgan) Томас Хант (1866— 1945) Характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне. Т. Бовери (1902— 1907), У. Сэттон и Э. Вильсон (1902— 1907) установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз). Т. Г. Морган и его сотрудниками на примере плодовой мушки дрозофилы установили, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, образуя группы сцепления. полом.

Поиски вещества наследственности 1929 г. Ф. Левин впервые обнаружил дезоксирибозу. 1934 г. могут быть Поиски вещества наследственности 1929 г. Ф. Левин впервые обнаружил дезоксирибозу. 1934 г. могут быть исследованы с помощью Д. Бернал показал, что белки рентгеноструктурного анализа. 1935 г. Н. Кольцов выдвинул гипотезы о молекулярной организации и матричном синтезе гена. Материалом хромосомы считал белок с различными радикалами – различные гены. 1935 -1939 гг. А Белозерский выделил чистую ДНК, доказал наличие ДНК и РНК в бактериях. 1939 г. У. Астбюри, Ф. Белл Рентгеноструктурный анализ показал, что расстояние между нуклеотидами в ДНК 3, 4 Å, а азотистые основания уложены стопками. Введение термина «молекулярная биология» .

Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот 1928 г. Опыты Фредерика Гриффи n Гриффит работал с Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот 1928 г. Опыты Фредерика Гриффи n Гриффит работал с пневмококками - бактериями, вызывающими пневмонию. Капсульный - патогенный (вирулентный), при инфицировании таким штаммом При введении мышам смеси убитых нагреванием (и, следовательно, потерявш

Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот 1944 г. Эксперимент Освальда Эйвери, Колина Мак-Леод и Маклина Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот 1944 г. Эксперимент Освальда Эйвери, Колина Мак-Леод и Маклина Мак-Карти n n В результате этого эксперимента варианте при смешивании бескапсульных пневмококков с взятыми от капсульных белками, полисахаридами или ДНК была выявлена природа трансформирующего фактора. Трансформирующим фактором оказалась ДНК. Трансформация - это приобретение одним организмом некоторых признаков другого организма за счет захвата части его генетической информации.

Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот 1952 г. Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз n Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот 1952 г. Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз n Суть опыта: фаги, у которых белковая оболочка была мечена радиоактивной серой (S 35), а ДНК - радиоактивным фосфором (Р 32), инкубировали с бактериями. Затем бактерии отмывали. В смывных водах не обнаруживали Р 32, а в бактериях - S 35 Следовательно, внутрь попала только ДНК. Через несколько минут из бактерии выходили десятки полноценных фагов, содержащих и белковую оболочку, и ДНК.

История развития генетики Третий этап n n Фрэнсис Крик указывает Джеймсу Уотсону на металлическую История развития генетики Третий этап n n Фрэнсис Крик указывает Джеймсу Уотсону на металлическую модель ДНК, которую они собрали 7 марта 1953 года в комнате 103 в Кавендишской лаборатории, Кембридж n Отражает достижения молекулярной биологии и связан с использованием методов и принципов точных наук в изучении явлений жизни на уровне молекул. На этом этапе были изучены взаимоотношения между генами и ферментами и сформулирована теория “один ген — один фермент” (Дж. Бидл и Э. Татум, 1940). В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон, опираясь на результаты опытов генетиков и биохимиков и на данные рентгеноструктурного анализа, создали структурную модель ДНК в форме двойной спирали. Уточнилось понятие гена, был расшифрован генетический код и механизм его действия в процессе синтеза белка в клетке, были найдены методы искусственного получения мутаций. Возникло новое направление в молекулярной генетике — генная инженерия — система приемов, позволяющих конструировать искусственные генетические системы.

История возникновения молекулярной генетики 1957 -1958 гг. Ф. Крик и Дж. Гамов предложили концепцию История возникновения молекулярной генетики 1957 -1958 гг. Ф. Крик и Дж. Гамов предложили концепцию «центральной догмы» молекулярной биологии о передаче генетической информации: ДНК – м. РНК – белок. М. Мезельсон и Ф. Сталь продемонстрировали полуконсервативный механизм репликации ДНК. 1961 г. Ф. Жакоб и Ж. Моно открыли оперонный принцип организации генов и регуляции генной активности у прокариот. 1963 -66 гг. М. Ниренберг, Г. Маттэй расшифровали генетический код и продемонстрировали, что каждую из 20 аминокислот в молекуле м. РНК (кодон) кодируют три смежных нуклеотида. С 1972 г. Развитие технологий генетической инженерии

История отечественной генетики 1919 -1930 гг. первые генетические школы в СССР Ленинград: Филипченко Ю. История отечественной генетики 1919 -1930 гг. первые генетические школы в СССР Ленинград: Филипченко Ю. А. , Вавилов Н. И. , Москва: Кольцов Н. К. , Четвериков С. С. , Серебровский А. С. 1927 г. международный конгресс учёные. в Берлине присутствуют советские 1929 г. съезд генетиков и селекционеров в Ленинграде «Шире в массы достижения науки» 1930 -48 гг. Серебровский А. С организует и заведует кафедрой генетики МГУ. 1930 -34 гг. Вавилов Н. И. организация лаборатории генетики в РАН, преобразование в Институт генетики в Ленинграде, переезд в Москву. до 1934 г. развитие генетики на мировом уровне

История отечественной генетики 1938 -1943 гг. репрессии по отношению к генетикам расстрелян Карпеченко Г. История отечественной генетики 1938 -1943 гг. репрессии по отношению к генетикам расстрелян Карпеченко Г. Ф. ; ссылка Четверикова С. С. ; арест Вавилова Н. И (1940), смертный приговор (1941), смерть от голода в тюрьме (1943); нападки на Кольцова Н. К и его смерть; гибель учёных-генетиков в годы Второй мировой войны. 1948 г. сессия ВАСХНИЛ запрет генетики, увольнения и ссылки учёныхгенетиков, в журналах вырываются страницы и вымарываются слова «ген» , «генетика» , «хромосома» . 1950 -е гг. Т. Д. Лысенко 1898 -1976 гг письмо Алиханяна С. И. к Сталину с программой по восстановлению генетики (реализована в 1965 -66 гг). разрозненные публикации с критикой Лысенко, полулегальное преподавание генетики в ЛГУ. 1988 г. конференция по награды генетикам, выезд учёных из страны. генетике

Принципы строения ДНК n n 1. Нерегулярность. Существует регулярный сахарофосфатный остов, к которому присоединены Принципы строения ДНК n n 1. Нерегулярность. Существует регулярный сахарофосфатный остов, к которому присоединены азотистые основания. Их чередование нерегулярно. 2. Антипараллельность. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно. 3`-конец одной расположен напротив 5`-конца другой. 3. Комплементарность (дополнительность). Каждому азотистому основанию одной цепи соответствует строго определенное азотистое основание другой цепи. Соответствие задается химией. Пурин и пиримидин в паре образуют водородные связи. В паре A-Т две водородные связи, в паре Г-Ц - три. 4. Наличие регулярной вторичной структуры. Две комплементарные, антипараллельно расположенные полинуклеотидные цепи образуют правые спирали с общей осью.

Структура ДНК Нуклеиновые кислоты являются нерегулярными полимерами, мономеры которых – нуклеотиды. n n Нуклеотид Структура ДНК Нуклеиновые кислоты являются нерегулярными полимерами, мономеры которых – нуклеотиды. n n Нуклеотид = нуклеозид + фосфорная кислота = азотистое основание+ пентоза+фосфорная кислота. В РНК пентоза - рибоза. В ДНК - дезоксирибоза.

Структура ДНК Пурины Пиримидины Существует два класса азотистых оснований. Пурины: аденин (А) и гуанин Структура ДНК Пурины Пиримидины Существует два класса азотистых оснований. Пурины: аденин (А) и гуанин (Г) - содержат два гетероцикла. Пиримидины: тимин (Т), цитозин (Ц) и урацил (У) содержат один гетероцикл.

Структура ДНК Структура ДНК

Структура ДНК Два основных типа взаимодействий оснований нуклеиновых кислот: копланарные основания в одной плоскости Структура ДНК Два основных типа взаимодействий оснований нуклеиновых кислот: копланарные основания в одной плоскости стопочные основания в параллельных плоскостях

Структура ДНК имеют формы ЛИНЕЙНАЯ и КОЛЬЦЕВАЯ. Двуцепочечные ДНК с Структура ДНК имеют формы ЛИНЕЙНАЯ и КОЛЬЦЕВАЯ. Двуцепочечные ДНК с "липкими" концами могут образовывать кольцо, которое далее ковалентно сшивается по сахарофосфатной цепи при помощи ДНК-лигазы.

Формы двойной спирали ДНК n n n В основной - В-форме на виток приходится Формы двойной спирали ДНК n n n В основной - В-форме на виток приходится 10 комплементарных пар. Плоскости азотистых оснований перпендикулярны оси спирали. Соседние комплементарные пары повернуты друг относительно друга на 36. Диаметр спирали 20Å, причем пуриновый нуклеотид занимает 12Å, а пиримидиновый - 8Å. А-форма - 11 пар азотистых оснований на виток. Плоскости азотистых оснований отклонены от нормали к оси спирали на 20. Отсюда следует наличие внутренней пустоты диаметром 5Å. Высота витка 28Å. С-форма - шаг спирали 31Å, 9. 3 пар оснований на виток, угол наклона к перпендикуляру 6. Все три формы - правозакрученные спирали. левая спираль (Z -форма). Высота витка в Z-форме -44. 5 Å, на виток приходится 12 пар нуклеотидов. Ни А-, ни Z- формы не могут существовать в водном растворе без дополнительных воздействий (белки или суперспирализация).

Физико-химические свойства ДНК Физико-химические свойства ДНК

Физико-химические свойства ДНК Плотность нуклеиновых кислот близкая к 1, 7, являющаяся следствием значительного содержания Физико-химические свойства ДНК Плотность нуклеиновых кислот близкая к 1, 7, являющаяся следствием значительного содержания фосфора. Вязкость Упругие нитевидные молекулы большой длины определяют очень высокую вязкость и её зависимость от молекулярного веса. следует учитывать ломкость её молекул даже при небольших градиентах скорости среды. Оптические свойства нуклеотиды имеют максимум поглощения света вблизи 260 нм. Вхождение нуклеотидов в состав нуклеиновых кислот практически не изменяет положение максимума, но значительно снижает интенсивность поглощения - гипохромный эффект, обусловлен строго упорядоченным, параллельным расположением плоскостей гетероциклических колец оснований

Физико-химические свойства ДНК n n Денатурация ДНК заключается в разрыве Нсвязей и стэкингвзаимодействий, что Физико-химические свойства ДНК n n Денатурация ДНК заключается в разрыве Нсвязей и стэкингвзаимодействий, что приводит к расплетанию и разделению цепей. (БЕЗ РАЗРЫВА КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ!) под действием температуры или р. Н. Гипохромизм двуцепочечных нуклеиновых кислот обусловливает при денатурации обратный гиперхромный эффект.

Физико-химические свойства ДНК n n n Если бы препараты ДНК представляли собой смесь абсолютно Физико-химические свойства ДНК n n n Если бы препараты ДНК представляли собой смесь абсолютно одинаков Абсцисса точки перегиба, соответствующая половине гиперхромного эф Наиболее тугоплавкими являются ДНК, богатые ГЦ-парами, а легче всего

Физико-химические свойства ДНК n n Если свести вместе продукты денатурации целых молекул ДНК, лишь Физико-химические свойства ДНК n n Если свести вместе продукты денатурации целых молекул ДНК, лишь частично совпадающих по нуклеотидным последовательностям, то в условиях ренатурации будут возникать двуцепочечные молекулы не только из гомологичных цепей, но и из цепей разных ДНК. Этот процесс называют молекулярной гибридизацией. Чем ближе по первичной структуре сводимые ДНК, тем будет больше протяжённость спирализованных участков в гибридной молекуле. По доле последних можно количественно оценивать сходство нуклеотидных последовательностей ДНК разных организмов и таким образом судить о степени их генетической близости.