Молекулярная биология
План лекции 5 Репарация ДНК Хроматин. Упаковка ДНК Регуляция работы генов. Дифференциальная активность генов Регуляторная роль РНК. Мобильные генетические элементы. Псевдогены Биологические мембраны Транспорт веществ через мембрану Синтез АТФ в митохондриях Химическая сигнализация в организме
Матричный синтез Основные типы матричных синтезов в природе : Репликация - синтез ДНК по матрице ДНК Транскрипция - синтез РНК по матрице ДНК Трансляция - синтез белка по матрице мРНК У некоторых вирусов происходит : Репликация РНК - синтез РНК по матрице РНК Обратная транскрипция - синтез ДНК по матрице РНК На матричном принципе основана : Репарация — исправление ошибок в молекуле ДНК
Азотистые основания
Первичная структура нуклеиновых кислот. ( Дезокси ) рибополинуклеотид
Репарация ДНК Репарация ДНК при апуринизации. 1 — апуринизация ; 2 — АП-сайт ; 3 — вырезание поврежденного участка; 4 — заполнение бреши
Репарация ДНК Изменения азотистых оснований ДНК при дезаминировании
Репарация ДНК Образование тиминового димера (обведен рамкой)
Репарация ДНК Эксцизионная репарация
Репарация ДНК Распознавание « неправиль-ного » нуклеотида в дочер -ней цепи ДНК. А - мисматч (ошибка спаривания): 1 – родительс -кая метилированная цепь ; 2 – дочерняя неметилированная цепь; 3 - неспаренный нуклеотид ; Б - разрезание дочерней цепи; В - удаление части дочерней цепи с неспаренным нуклеотидом; Г – заделывание бреши и метилирование дочерней цепи
Компактизация ДНК
Первый уровень компактизации ДНК Упаковка ДНК. А — строение нуклеосомы. Б — электронно-микроскопическая фотография нуклеосомы. В — нуклеосомная нить. 1 — нить ДНК ; 2 — гистоновый октамер ; 3 — гистон H 1
Второй уровень компактизации ДНК Упаковка ДНК. Г— схема и Д — фотография образования 30-нанометровой фибриллы. Е — фибрилла в поперечном разрезе. Ж — фотография 30-нанометровых фибрилл 1 - нить ДНК ; 2 - гистоновый октамер ; 3 – гистон H 1.
Третий уровень компактизации ДНК Упаковка ДНК. З — петли ДНК. 1 - ДНК ; 2 - негистоновые белки
Четвертый уровень компактизации ДНК Упаковка ДНК. И — розетка петель : 1 - ДНК; 2 - негистоновые белки; 3 - белки ядерного матрикса. К — стопки петель в метафазной хромосоме : 1 - розетка ; 2 - один виток спирали
Дифференциальная активность генов А — модификация гистонов в хроматине: 1 — ацетилированные гистоны в эухроматине ; 2 — метилированные гистоны в гетерохроматине ; 3 — белок HP 1, связывающийся с метилированными гистонами и блокирующий транскрипцию; Б — электронно-микроскопическая фотография хроматина: 1 — эухроматин ; 2 — гетерохроматин ;
Дифференциальная активность генов Метилирование ДНК. 1 — ГЦ-островок в районе промотора; 2 — метилирование цитозина в паре ГЦ
Дифференциальная активность генов В — блокирование трансляции с помощью микроРНК : 1 - Dicer ; 2 — микроРНК ; 3 — мРНК - мишень; Г — нарушение дифференцировки лепестков у петунии ( слева) и львиного зева (справа) в результате мутации гена микроРНК
ТРАНСКРИПТОМЫ. АНАЛИЗ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ Тепловая карта, отражающая экспрессию генов, достоверно регулируемых между головным отделом почки байкальского омуля, не зараженного (P15, P28, P34) и зараженного D. dendriticum (P13, P42, P46).
Мобильные генетические элементы. П севдогены Состав генома человека: 1 — белок- кодирующая часть генома; 2 — некодирующая ДНК; 3 — псевдогены ; 4 — повторенные последовательности; 5 — мобильные генетические элементы в составе повторенных последовательностей
Мобильные генетические элементы Барбара Мак- Клинток (1902 -1992), изучая окраску семян кукурузы, впервые описала последовательности ДНК, способные самостоятельно «передвигаться» в геноме. Это открытие, принесшее Мак- Клинток Нобелевскую премию (1983 г ), нарушило существовавшее десятилетиями представление о статичности генома.
Мобильные генетические элементы ДНК - транспозоны : I — I S -элемент : 1 — ген транспозазы ; 2 — промотор; 3 — терминатор; 4 — инвертированные повторы. II — Tn -элемент : 1— структурные гены; 2 — I S -элементы
Мобильные генетические элементы Перемещение IS -элемента 1 - инвертированные повторы ; 2 - мономеры транспозазы ; 3 - сайт узнавания на молекуле ДНК -мишени
Мобильные генетические элементы. П севдогены Состав генома человека
Биологические мембраны Строение молекулы фосфолипида лецитина 1 — гидрофобный «хвост» (остатки пальмитиновой и олеиновой кислот); 2 — остаток глицерола; 3 — остаток холина; 4 — гидрофильная «головка»
Биологические мембраны Строение мембраны. 1— двойной слой липидов ; 2 — гидрофильные «головки» фосфолипидов; 3 — гидрофобные « хвосты» фосфолипидов; 4 — холестерол ; 5 — погруженные белки; 6 — периферические белки ; 7 — трансмембранный белок-рецептор; 8 — трансмембранный белок-ионный канал ; 9 — олигосахаридная часть рецептора
Некоторые белки функционируют как котранспортные системы, в которых перенос одного растворенного вещества зависит от одновременного или последовательного переноса другого вещества либо в том же направлении, либо в противоположном. Симпорт — парный транспорт двух различных органических молекул или ионов через мембрану клетки благодаря активному транспорту, осуществляемому специфичными белками, расположенными внутри мембраны. Такие белки называются котранспортерами. Хорошо изученный пример симпорта - котранспорт глюкозы и ионов натрия в клетки кишечного эпителия из просвета кишечника. Белок-переносчик, осуществляющий симпорт глюкозы и натрия, локализован на апикальной поверхности энтероцитов. Антипорт — перенос другого вещества в противоположном направлении. Например, натрий-калиевый насос в эукариотических плазматических мембранах работает по принципу антипорта, качая ионы натрия из клетки, а ионы калия — внутрь клетки.
Транспорт веществ через мембрану
Биологический путь Биологический путь (Biological pathway) - это ряд взаимодействий между молекулами в клетке, которые приводят к определенному продукту или изменению в клетке. Такой путь может инициировать сборку новых молекул, таких как жир или белок. Пути также могут включать и выключать гены или побуждать клетку двигаться. Некоторые из наиболее распространенных биологических путей участвуют в метаболизме, регуляции экспрессии генов и передаче сигналов. Пути играют ключевую роль в передовых исследованиях геномики
Биологический путь Наиболее распространенные типы биологических путей : Метаболический путь Генетический путь Путь передачи сигнала
Биологический путь KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes — Киотская энциклопедия генов и геномов ) - это веб-ресурс, предоставляющий доступ к ряду биологических баз данных и инструментам для анализа биологических и медицинских данных, созданный в 1995 году в рамках проекта «Геном человека»
KEGG Год релиза База данных Идентификатор объектов 1995 KEGG PATHWAY map number KEGG GENES locus_tag / GeneID KEGG ENZYME EC number KEGG COMPOUND C number 1998 KEGG REACTION R number 2000 KEGG GENOME organism code / T number 2002 KEGG ORTHOLOGY K number 2003 KEGG GLYCAN G number 2004 KEGG RPAIR RP number (Discontinued in 2016) 2005 KEGG BRITE br number KEGG DRUG D number 2007 KEGG MODULE M number 2008 KEGG DISEASE H number 2010 KEGG ENVIRON E number KEGG RCLASS RC number 2014 KEGG DGROUP DG number Таблица 1. Последовательность появления баз данных KEGG
KEGG KEGG на данный момент насчитывает шестнадцать баз данных, для удобства поиска разделенных на четыре категории: системная информация (данные о метаболических путях, модулях генов и т. д.), геномная информация (данные об отдельных генах, геномах различных существ, ортологичных группах), химическая информация (данные о химических реакциях, происходящих в живых организмах) и информация, связанная непосредственно со здоровьем человека (данные о человеческих болезнях, лекарствах и т. д.). Также KEGG предоставляет ряд инструментов для удобной работы с базами данных и анализа хранящейся в них информации
KEGG
KEGG
KEGG
KEGG
KEGG
KEGG
KEGG
KEGG
Электронно-транспортные цепи
Электронно-транспортные цепи
Электронно-транспортные цепи
KEGG
KEGG
Синтез АТФ в митохондрии
KEGG
KEGG
Трансмембранная передача сигнала Трансмембранная передача сигнала 1 - рецептор ; 2 - лиганд ; 3 - субъединицы G-белка ; 4-аденилатциклаза 5 субъединица G-белка, активирующая аденилатциклазу ; 6 - синтезируемый цАМФ
Трансмембранная передача сигнала
Трансмембранная передача сигнала
KEGG
KEGG
KEGG
