Молекулярная биология комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции сложных высокомолекулярных соединений,

Молекулярная биология — комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции сложных высокомолекулярных соединений, составляющих клетку: нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот ЯДРО ( реакции репликации и транскрипцииЦИТОПЛАЗМА (реакции трансляции посттрансляционные (ФОЛДИНГ) - приобретение белками вторичной, третичной или четвертичной структуры. : с 5’-конца РНК-з. с участием ДНК-полимеразы III инициируется синтез новой молекулы ДНК (или фрагмента Оказаки ), после чего РНК-з. отщепляется, образующаяся брешь одновременно застраивается ДНК-полимеразой I, а одноцепочечные разрывы репарируются ДНК-лигазой .
Обычно РНК-затравка состоит всего лишь из нескольких рибонуклеотидных остатков (рис. 28-11), к которым затем ДНК-полимераза III присоединяет 1000-2000 дезоксирибонуклеотидных остатков, и в результате образуется фрагмент Оказаки. Естественно, нуклеотидная последовательность новосинтезированного фрагмента Оказаки комплементарна нуклеотидной последовательности соответствующего участка цепи-матрицы.
Хеликазы (иногда геликазы, англ. helicase, от лат. helix — спираль) — класс ферментов, которые имеются у всех живых организмов. Их относят к классу «молекулярных машин», поскольку они используют энергию гидролиза нуклеотидтрифосфатов (АТФ, ГТФ) для движения вдоль сахарофосфатного остова нуклеиновых кислот (ДНК, РНК, гибридов между ДНК и РНК) и разрыва внутри- или межмолекулярных водородных связей между основаниями. Классифицируют две большие внесистемные группы — ДНК-хеликазы и РНК-хеликазы. Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённых при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических реагентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации. Повторя́ющиеся после́довательности ДНК (англ. Repetitive DNA) — участки ДНК, включённые в геном, последовательность которых состоит из повторяющихся фрагментов. Выделяют 2 типа таких повторяющихся последовательностей: Тандемные повторы Сателлитная ДНК Минисателлиты Микросателлиты Диспергированные повторы SINEs LINEs
Промотор - это участок ДНК, ответственный за связывание с РНК-полимеразой.

Терминатор (ДНК) - последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как сигнал к прекращению синтеза молекулы РНК и диссоциации транскрипционного комплекса.

Оператор - участок ДНК, с которым связывается белок-репрессор, мешая РНК-полимеразе начать транскрипцию.
Трансляция мРНК — это биологическая полимеризация аминокислот в полипептидную цепь в соответствии с последовательностью кодонов в мРНК. Возможна только при ассоциации мРНК с рибосомами.

1.Инициация – начинается связыванием специфических «узнающих» белков с участками ДНК в точках инициации репликации

2. Сбрасывание супервитков молекулы ДНК называется РЕЛАКСАЦИЕЙ молекул (фермент топоизомераза)

3. Разделение (фермент ДНК – хеликаза) и удержание комплементарных цепей в расправленном состоянии (дестабилизирующий белок SSB) называется ЛОКАЛЬНОЙ ДЕНАТУРАЦИЕЙ или ПЛАВЛЕНИЕМ ДНК

4. образование репликативной вилки - репликативная вилка — участок ДНК, в пределах которого спираль раскручена и разделена на отдельные цепи.

5. синтез на матричной цепи ДНК затравочного полирибонуклеотидного короткого фрагмента (праймера – короткая молекула РНК)

Репликация ДНК

Элонгация – матрицей для синтеза дочерней ДНК может служить только молекла ДНК, несущая спаренный с ней РНК праймер. Синтез новой цепи ДНК начинается от свободного 3-ОН конца затравочного фрагмента РНК. Непрерывная репликация происходит только одной матричной цепи в направлении 5’-3’ с образование ведущей (лидирующей) цепиОтстающая (запаздывающая) цепь синтезируется ФРАГМЕНТАМИ ОКАЗАКИ в направлении 5’-3’. Каждый фрагмент Оказаки инициируется коротким полирибонуклеотидом – затравкойРепликативная вилка Репликация двунаправленная, вилки репликации удаляются друг от друга по мере синтеза ДНК до тех пор, пока не встретятся с вилками репликации других репликонов.РЕПЛИКОН Терминация – состоит в удалении РНК праймеров и заполнении образовавшихся пустот в дочерней нити ДНК нуклеотидами. Этот процесс «сшивания» фрагментов дочерней ДНК восстанавливает целостность молекулы. У эукариот терминация репликации происходит при встрече репликативных вилок соседних репликонов.БЕЛОК
ФУНКЦИИ
ТОПОИЗОМЕРАЗА
Сбрасывание супервитков ДНК
ДНК -ХЕЛИКАЗА
Раскручивание двойной спирали, денатурация ДНК
ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ БЕЛОК SSB
Стабилизация однонитевых разрывов
БЕЛОК -dnaB
Инициация синтеза РНК-затравки
ДНК –ПРАЙМАЗА (РНК-ПОЛИМЕРАЗА)
Синтез РНК –затравок (праймеров)
ДНК-ПОЛИМЕРАЗА III
Синтез ДНК
ДНК –ПОЛИМЕРА I
Удаление праймеров, заполнение однонитевых брешей
ДНК-ЛИГАЗА
Ковалентное соединение фрагментов Оказаки
Репликация у прокариот Бактериальная хромосома содержит один репликонДНК реплицируется не прерываясь с образованием двух репликативных вилок в одной точке инициацииТерминация репликации происходит при связывании сайта TER – (короткая последовательность нуклеотидов) с продуктом гена TUSу эукариот ДНК реплицируется не как таковая, а в виде хроматина, в котором она прочно связана с белками, принадлежащими к классу гистонов – нуклеосомами. Нуклеосомы располагаются вдоль молекулы ДНК с интервалами 200 пар оснований. Этим объясняется тот факт, что новые фрагменты отстающей цепи ДНК закладываются у эукариот с интервалами в 10 раз более короткими (от 100 до 200 нуклеотидов), чем у бактерий (от 1000 до 2000 нуклеотидов). Нуклеосомы служат барьерами, на время останавливающими продвижение ДНК-полимеразы, присутствие хроматина (а не голой ДНК) может, вероятно, объяснить и то, что репликационные вилки движутся у эукариот приблизительно в 10 раз медленнее, чем у бактерий. Репарация ДНК Ген — единица наследственной информации, занимающая определенное положение в геноме или хромосоме и контролирующая выполнение определенной функции в организме. транскрипция

Транскрипция –

процесс образования молекул РНК (иРНК, рРНК, тРНК)

на матричной полинуклеотидной цепи спирали ДНК

Транскрипция- процесс переноса информации с двухцепочечной молекулы ДНК на одноцепочечные молекулы РНК.МАТРИЦЕЙ для синтеза РНК служит только одна цепь ДНК, которая называется СМЫСЛОВОЙ ЦЕПЬЮ.нетранскрибируемой«транскрипционными единицами»Эукариотический ген Эукариотический ген можно рассматривать как совокупность сегментов ДНК, которые вместе составляют экспрессируемую единицу, ответственную за образование специфического функционального продукта — либо молекулы РНК, либо полипептида. Стадии транскрипции 1. Инициация2. Элонгация3. Терминация1. Единица транскрипции – это участок ДНК, кодирующий первичный транскрипт. Он включает: а) последовательность, которая обнаруживается в зрелых функциональных молекулах РНК;

б) интроны (для мРНК);

в) промежуточные последовательности спейсеры (для рРНК).

Интроны и спейсеры удаляются в ходе процессинга первичных транскриптов;

г) 5'- и 3'-нетранслируемые последовательности (5'-НТП и З'-НТП).

(промотор) и конца транскрипции (терминатор).энхансеры и сайленсеры - это последовательности ДНК, расположенные в тысячах пар нуклеотидов от промотора эукариотического гена и оказывающие дистанционное влияние на его транскрипцию. мозаичное строение. Под мозаичностью в данном случае подразумевается чередование кодирующих (экзоны) и некодирующих (вставочные последовательности, или интроны) последовательностей в пределах единицы транскрипции. Интроны чаще всего встречаются в генах, кодирующих белки. Строение гена эукариот и прокариот экзонами. ИНТРОНОВ.Интроны обязательно реплицируются и передаются в ряду поколений клеток В ходе синтеза РНК происходит расплетение примерно двух витков спирали ДНК.В разных транскрипционных единицах ДНК матрицей для синтеза РНК могут служить разные комплементарные цепи.Транскрипционные единицы ограничены с одной стороны участком инициации –промотором, с другой стороны – участком остановки транскрипции- терминатором.МИНИМАЛЬНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЕДИНИЦЕЙ, КОДИРУЮЩЕЙ СТРОЕНИЕ ОДНОЙ ПОЛИПЕПТИДНОЙ ЦЕПИ является ЦИСТРОН промотором, в его состав входят два участка консервативных последовательностей нуклеотидов (с постоянным составом и последовательностью)1. для узнавания РНК-полимеразы2 последовательность Прибноу – для тесного связывания РНК-полимеразы с промотором.Промотор относится к нетранслируемой части транскрипционной единицы. Функция промотора – создание условий для инициации транскрипцииТранскрипция генов эукариот три различные РНК-полимеразы –А, В и С.мРНК-предшественник, которая содержит как интроны, так и экзоны.интроны удаляются (а экзоны соединяются друг с другом, сохраняя правильную последовательность кодонов (1. по месту – в клетках разных тканей2. по времени – в разные фазы клеточного цикла или онтогенеза особи3. по интенсивности – в зависимости от функционального состояния клетки.Регуляция транскрипции генов у эукариот подвижных генетических элементов. транспозоны и ретротранспозоны. Такая классификация основана на молекулярных механизмах, с помощью которых перемещаются эти элементы. Ретротранспозоны (Ретротранспозоны

Транспозоны

Геномы органелл эукариот: ДНК митохондрий и хлоропластов Существуют два типа цитоплазматических ДНК: одни находят­ся в митохондриях эукариот, другие -в хлоропластах зеленых растений и водорослей. Как и все цитоплазматические элементы, они наследуются по материнской линии, а не по законам Менделя! Большая часть белков этих органелл, закодированная в ядерной ДНК, синтезируется в цитоплазме и затем переходит в органеллу. Однако некоторые белки митохондрий и хлоропластов и все их РНК кодируется в ДНК самих органелл и в них же синтезируют­ся.

Таким образом, органеллы — это результат объединенных усилий двух геномов и двух трансляционных аппаратов.

РНК-компо­ненты рибосом органелл, а также тРНК, использующиеся при трансляции, кодируются геномами митохондрий и хлоропластов.

Геном прокариот

Геном прокариот построен очень компактно. Количество некодирующих последовательностей нуклеотидов минимально. Многие механизмы регуляции экспрессии генов, использующиеся у эукариот, никогда не встречаются у прокариот. Простота строения генома прокариот объясняется их упрощенным жизненным циклом.

Строение оперона (Ф. Жакоб, Ж. Моно, 1961)

В состав оперона входят:

промотор сайт связывания рибосом инициирующий кодон структурный ген терминирующий кодонпромотором. Он важен для транскрипции гена, но сам в РНК не транскрибируется. Противоположный 3'-конец — терминаторная область, необходимая для терминации транскрипции. В РНК он также не транскрибируется. Строение оперона Активность многих генов прокариот регулируется с помощью белковых факторов, взаимодействующих с регуляторными участками промоторов генов. При этом происходят как активация транскрипции генов, так и подавление считывания генетической информации РНК- полимеразами. В первом случае регуляторные белковые факторы называют Лактозный оперон (lac оперон) — поли Лактозный оперон (lac оперон) — поли) была впервые описана в Лактозный оперон (lac operon) состоит из трех структурных генов, lac operon) состоит из трех структурных генов, lacZ, lacY и lacA:lacZ кодирует фермент lacY кодирует lacA кодирует lacZ и lacY, роль продукта гена lacA не ясна., обратимо соединяется с операторным районом и препятствует транскрипции. Таким образом, в отсутствие лактозы в клетке ферменты для метаболизма лактозы не синтезируются.позитивной индукцией. Веществом-индуктором служит лактоза; при её связывании с белком-репрессором происходит его диссоциация от операторного участка.Если в клетке концентрация глюкозы достаточная для поддержания метаболизма, активация лактозного оперона не происходит. Промоторная последовательность лактозного оперона «слабая», поэтому даже при отсутствии белка-репрессора на операторном участке транскрипция практически не инициируется

Случай, когда нет глюкозы и нет лактозы

Случай, когда нет глюкозы и есть лактоза

В присутствии лактозы происходит экспрессия генов оперона. Данный механизм регуляции активности лактозного оперона называют негативной индукциейТранскрипцию у бактерий осуществляет одна, общая для всех генов РНК-полимераза У прокариот трансляция мРНК начинается с посадки рибосом, которая осуществляется благодаря комплементарности рибосомной РНК и лидерной части мРНК.1) наличие лактозы; 2) отсутствие глюкозы. чем больше ферментов — тем меньше лактозы, чем меньше лактозы — тем меньше производится ферментов (двойная отрицательная обратная связь).репликативная вилка — участок ДНК, в пределах которого спираль раскручена и разделена на отдельные цепи. УЧАСТОК МОЛЕКУЛЫ ДНК ОТ ТОЧКИ НАЧАЛА ОДНОЙ РЕПЛИКАЦИИ ДО ТОЧКИ НАЧАЛА ДРУГОЙ РЕПЛИКАЦИИ НАЗЫВАЕТСЯ – Бактериальная хромосома содержит один репликонНепрерывная репликация происходит только одной матричной цепи в направлении 5’-3’ с образование ведущей (лидирующей) цепиОтстающая (запаздывающая) цепь синтезируется ФРАГМЕНТАМИ ОКАЗАКИ в направлении 5’-3’. Каждый фрагмент Оказаки инициируется коротким полирибонуклеотидом – затравкойПосле удаления затравки фрагменты ОКАЗАКИ сшиваются ковалентно.Генетика – наука, которая изучает универсальные для всех живых существ закономерности –НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА МАТЕРИАЛЬНЫМ СУБСТРАТОМ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ являются НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ – полимерные молекулы, состоящие из нуклеотидов.

Строение ДНК

Принцип комплементарности

СВОЙСТВА ГЕНА

Дискретность – определяет возможность развития отдельного качества, присущего данной клетке.Целостность- при программировании синтеза полипептида выступает как неделимая частица)Специфичность – зашифрована информация определенного полипептидаПлейотропность- множественность действияДозированность действия – количественное выражение признака в зависимости от дозы соответствующего аллеля этого генаИзменчивость – минимальной единицей изменчивости гена является МУТОН6. Стабильность – относительная устойчивостьПОТОК ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ репликативный комплекс : белки, раскручивающие спираль DNA, и белки, стабилизирующие разделенные нити DNA.Уровни компактизации наследственного материала Сбрасывание супервитков молекулы ДНК называется РЕЛАКСАЦИЕЙ молекул (фермент топоизомераза)Разделение (фермент ДНК – хеликаза) и удержание комплементарных цепей в расправленном состоянии (дестабилизирующий белок SSB) называется ЛОКАЛЬНОЙ ДЕНАТУРАЦИЕЙ или ПЛАВЛЕНИЕМ ДНКБактериальная хромосома содержит один репликон, эукариотическая – много репликоновРепликация ДНК полуконсервативному механизму. Каждая нить двойной спирали выступает в роли матрицы для синтеза новой цепи. Следовательно, вновь образованные двухспиральные молекулы состоят из одной новой и одной старой цепи. Инициация – синтез на матричной цепи ДНК затравочного полирибонуклеотидного короткого фрагмента (праймера). Элонгация – синтез новой цепи ДНК начинается от свободного 3-ОН конца затравочного фрагмента РНК. удаление праймера Репликация двунаправленная, вилки репликации удаляются друг от друга по мере синтеза ДНК до тех пор, пока не встретятся с вилками репликации других репликонов.Непрерывная репликация происходит только одной матричной цепи в направлении 5’-3’ с образование ведущей (лидирующей) цепиОтстающая (запаздывающая) цепь синтезируется ФРАГМЕНТАМИ ОКАЗАКИ в направлении 5’-3’. Каждый фрагмент Оказаки инициируется коротким полирибонуклеотидом – затравкойПосле удаления затравки фрагменты ОКАЗАКИ сшиваются ковалентно.Репликация ДНК БЕЛОК
ФУНКЦИИ
ТОПОИЗОМЕРАЗА
Сбрасывание супервитков ДНК
ДНК -ХЕЛИКАЗА
Раскручивание двойной спирали, денатурация ДНК
ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ БЕЛОК SSB
Стабилизация однонитевых разрывов
БЕЛОК -dnaB
Инициация синтеза РНК-затравки
ДНК –ПРАЙМАЗА (РНК-ПОЛИМЕРАЗА)
Синтез РНК –затравок (праймеров)
ДНК-ПОЛИМЕРАЗА III
Синтез ДНК
ДНК –ПОЛИМЕРА I
Удаление праймеров, заполнение однонитевых брешей
ДНК-ЛИГАЗА
Ковалентное соединение фрагментов Оказаки
Транскрипция- процесс переноса информации с двухцепочечной молекулы ДНК на одноцепочечные молекулы РНК.МАТРИЦЕЙ для синтеза РНК служит только одна цепь ДНК, которая называется СМЫСЛОВОЙ ЦЕПЬЮ.нетранскрибируемойСтадии транскрипции 1. Инициация2. Элонгация3. ТерминацияВ ходе синтеза РНК происходит расплетение примерно двух витков спирали ДНК.В разных транскрипционных единицах ДНК матрицей для синтеза РНК могут служить разные комплементарные цепи.Транскрипционные единицы ограничены с одной стороны участком инициации –промотором, с другой стороны – участком остановки транскрипции- терминатором.ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ НУКЛЕОТИДЫ НУМЕРУЮТСЯ ОТ ГРАНИЦЫ МЕЖДУ ТРАНСКРИБИРУЕМОЙ И НЕТРАНСКРИБИРУЕМОЙ ОБЛАСТЯМИ ДНКсо знаком (+)со знаком (-)не по смысловой цепи, а по комплементарной цепи.нуклеосома
перейти в каталог файлов