СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ КРУЖОК КАФЕДРЫ БИОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ Структура ДНК Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации (Вопросы 1 – 9 ) МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ студентка 1 курса ЛФС, гр. 1745 Трушко А.С. ТОМСК, 2018 г.
История открытия и исследования нуклеиновых кислот. 2
1869г.: Фридерих Мишер выделенное из ядер лейкоцитов вещество назвал нуклеином 1891г.: Альбрехт Коссель в составе нуклеина обнаружил пуриновые и пиримидиновые основания История открытия и исследования НК 3
1) количество пуриновых оснований = количеству пиримидиновых азотистых оснований; 2) содержание в клетке А = Т; содержание в клетке Ц = Г (для ДНК ); 3) с оотношение количества гуанина и цитозина в ДНК к количеству аденина и тимина является постоянным для каждого вида живых организмов: [(Г+Ц)/(А+Т)=К, где К - коэффициент специфичности ]. 1905г.: Эрвин Чаргафф при изучении состава ДНК устанавливает правило Чаргаффа История открытия и исследования НК Правило Чаргаффа : 4
1950г.: Морис Уилкинс и Розалинда Франклин на поперечном срезе ДНК с помощью рентгеноструктурного анализа получают интересную картину… 1909г.: Питер Левин установил, что в нуклеине есть остаток фосфорной кислоты и сахар рибоза; В 1930 г. он же находит дезоксирибозу. История открытия и исследования НК 5
ДНК состоит из 2 цепей; цепь спирально закручена, ее диаметр = 2 нм ; цепь состоит из повторяющихся элементов, каждый из которых занимает 0,34 нм ; на виток спирали ДНК приходится около 10 повторов, и сам виток равен 3,4 нм. Выводы рентгеноструктурного анализа ДНК : ( Уилкинс и Франклин) 6
1953г.: Джеймс Уотсон и Френсис Крик пришли к выводу, что нити ДНК антипараллельны друг другу История открытия и исследования НК 7
Доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации. ВОПРОС № 1 Опыты Гриффитса, Эвери, Мак- Леода и Мак- Карти. Трансформация. 8
Опыты Фредерика Гриффитса В 1928г. Ф. Гриффитс обнаружил у пневмококков ( Streptococcus pneumonia ) явление трансформации. 9
S – тип: пневмококки, окруженные капсулой, образуют крупные гладкие колонии (от англ. smooth — гладкий ) ПАТОГЕННЫ, содержат поверхностный антиген IIIS R – тип: б ескапсульные пневмококки образуют мелкие шероховатые колонии (от англ. rough - шероховатый), НЕПАТОГЕННЫ, содержат поверхностный антиген IIR Роль НК как носителей наследственной информации 2 типа пневмококов : 10
Схема опытов Ф. Гриффитса Непатогенный штамм П атогенный штамм П атогенный штамм после нагревания Микст - вариант 11
Вывод опыта Ф. Гриффитса : Гриффитс выявил существование некоего “трансформирующего начала”, превращающего клетки пневмококков типа IIR в клетки типа IIIS. 1 2
Опыты О. Эвери, К. Мак- Леода и М. Мак- Карти В 1944г. К. Мак- Леод и О. Эвери К. Мак- Карти показали, что если ДНК, выделенную из убитых нагреванием пневмококков типа IIIS, смешать с живыми бактериями типа IIR, то последние приобретают способность формировать на агаре гладкие крупные колонии, состоящие из бактерий типа IIIS 13
Схема опытов О. Эвери, К. Мак- Леода и М. Мак- Карти П репараты ДНК из пневмококков типа IIIS делили на порции Обработали соответствующими ферментами Добавили к непатогенному IIR - штамму 14
Схема опытов О. Эвери, К. Мак- Леода и М. Мак- Карти ДНК-аза РНК-аза П ротеаза Гладкие колонии = IIIS –штамм Трансформа ция ЕСТЬ Шероховатые колонии = IIR - штамм Трансформации НЕТ IIR IIR IIR 15
Вывод опытов О. Эвери, К. Мак- Леода и М. Мак- Карти : Т олько обработка ДНК- азой полностью снимала трансформирующую активность препаратов ДНК, что подтверждало следующее: генетическая информация, кодирующая капсульный полисахарид и его антигенную специфичность у пневмококков, находится в ДНК. 16
Доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации. ВОПРОС № 2 Опыты Херши и Чейз. 17
Опыты А. Херши и М. Чейз В 1952г. А. Херши и М. Чейз в качестве объекта генетических исследования взяли бактериофаг Т2 и для доказательства проникновения ДНК использовали радиоактивные изотопы 18
Схема опытов А. Херши и М. Чейз Белок капсида фага Т2 помечали радиоактивным изотопом серы S35, добавляли фаг Т2 к клеткам E.coli для абсорбции, резко встряхивали и центрифугировали раствор ДНК фага Т2 помечали радиоактивным изотопом фосфора Р32, добавляли фаг Т2 к клеткам E.coli для абсорбции, резко встряхивали и центрифугировали раствор Радиоактивным оказался осадок Радиоактивным оказался супернатант 19
Вывод опытов А. Херши и М. Чейз: Во время инфекции в клетку проникает преимущественно фаговая ДНК и, следовательно, именно ДНК необходима для образования фагового потомства. 2 0
Структура нуклеиновых кислот. Нуклеотиды, их разновидности. ВОПРОС № 3 2 1
Нуклеиновые кислоты представляют собой макромолекулы, образованные повторяющимися структурами- нуклеотидами. 2 2
2 3 Состав нуклеотида: циклическое азотсодержащее соединение, называемое основанием; сахар пентоза, включающий пять атомов углерода; остаток фосфорной кислоты.
Известны пять главных азотистых основания : 2 4
Сахара, входящие в состав НК : В составе РНК В составе ДНК 2 5
Молекула РНК Молекула РНК состоит из одной цепи, в которой последовательно чередуются четыре возможных нуклеотида. 2 6
Первичная структура ДНК - нуклеотиды соединяются друг с другом 3’,5’-фосфодиэфирной связью. Фосфат связывает 3’-ОН группу одного нуклеотида с 5’-OH группой другого нуклеотида. Уровни организации молекулы ДНК 2 7
Вторичная структура ДНК – это Двойная спираль, состоящая из двух полинуклеотидных цепей Цепи комплементарны, антипараллельны и закручены в спираль вокруг общей оси На один виток спирали приходится 10 пар оснований Диаметр спирали составляет 2 нм Сахарофосфатный остов расположен снаружи, азотистые основания находятся внутри спирали и располагаются стопкой друг над другом Уровни организации молекулы ДНК 2 8
Связи, стабилизирующие вторичную структуру ДНК : Водородные связи - между комплементарными азотистыми основаниями Стэкинг -взаимодействия - между «плоскими» азотистыми основаниями 2 9
Пространственная конфигурация молекулы ДНК. Модель Уотсона и Крика. B и Z формы ДНК. ВОПРОС № 4 30
Пространственные конфигурации молекулы ДНК 31
Способы репликации ДНК: консервативный, полуконсервативный, дисперсионный. ВОПРОС № 5 Опыты М. Мезельсона и Ф. Сталя. 32
Репликация ДНК Репликация (от лат. replicatio — возобновление) — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. 33
Консервативный способ репликации ДНК Исходная ДНК остается неизменной во время всего процесса репликации и дочерние ДНК полностью состоят из вновь синтезированной ДНК. 34
Дисперсионный способ репликации ДНК Дробление молекул ДНК, в результате которого каждая отдельная цепь новых дочерних молекул содержит в себе участки как старой, так и новой цепи ДНК. 35
Полуконсервативный способ репликации ДНК Способ репликации двухцепочечной молекулы ДНК, при котором исходная молекула разделяется на две цепи (с образованием репликативной вилки « replication fork »), каждая из которых служит матрицей для синтеза второй (новой) комплементарной полинуклеотидной цепи. вой ) 36
Эксперименты М. Мезельсона и Ф. Сталя В 1958г. М. Мезельсон и Ф. Сталь с помощью метода равновесного ультрацентрифугирования в градиенте плотности 6М CsCl экспериментально доказали гипотезу полуконсервативного механизма синтеза ДНК. 37
Схема опытов М. Мезельсона и Ф. Сталя 38
Вывод из опытов М. Мезельсона и Ф. Сталя : В ся ДНК, выделенная из клеток, выращенных в течение одной генерации в среде с 14N, располагается в градиенте CsCl в положении, промежуточном между положением “тяжелой” ДНК из клеток, выращенных только в среде с 15N, и “легкой” ДНК из клеток, выращенных только в среде с 14N. 39
Направление репликации ДНК. Образование репликативной вилки. Точка ori. ВОПРОС № 6 40
Направление репликации ДНК В 1963г. Дж. Кэрнс, используя метод авторадиографии, визуализировал процесс репликации ДНК у бактерий. Репликация у бактерий E.coli происходит полуконсервативным способом одновременно в двух направлениях – монорепликонная репликация. 41
Точка начала репликации - ori (от англ. origin - начало ). Точка ori Репликон – расстояние между двумя сайтами начала репликации ori. 42
О бразование репликативной вилки связано с раскручиванием дуплекса ДНК и локальным разделением ее цепей. Образование репликативной вилки 4 3
Ферменты репликации. Инициация репликации. Факторы инициации. ВОПРОС № 7 44
Ферменты, обеспечивающие репликацию ДНК 45
Топоизомераза (ДНК- гираза ) находит точку начала репликации ( ori ), гидролизует одну фосфодиэфирную связь и дает возможность компонентам репликативной системы разомкнуть нити ДНК и образовать « репликативную вилку», а затем вновь соединяет связь между мононуклеотидами; Хеликаза разрывает водородные связи между нитями ДНК - образуется « репликативный глазок »; Этапы репликации ДНК: 1. Инициация 46
ДНК-связывающие белки (SSB- белки) стабилизируют репликативную вилку, не давая восстанавливаться водородным связям между комплементарными нуклеотидами; ДНК-полимераза α ( праймаза ) строит праймер «затравку» из 8-10 рибонуклеотидов и 40-50 дезоксирибонуклеотидов, а ДНК-полимераза δ достраивает нить из дезоксирибонуклеотидов на лидирующей нити, а ДНК-полимераза ε – на отстающей нити ДНК; 1. Инициация Этапы репликации ДНК: 47
Элонгация репликации. ДНК- топоизомераза, ДНК-затравка, ДНК-полимераза. ВОПРОС № 8 48
ДНК-полимераза δ продолжает удлинять нить из дезоксирибонуклеотидов на лидирующей нити, а ДНК-полимеразы α и ε - строить фрагменты из праймеров и дезоксирибонуклеотидов (фрагменты Оказаки ) на отстающей нити ДНК по мере движения репликативной вилки; Этапы репликации ДНК: 2. Элонгация 49
ДНК-полимераза β (фермент репарации) удаляет праймеры и достраивает фрагменты ДНК; ДНК- лигаза соединяет фрагменты между собой. Этапы репликации ДНК: 3. Терминация 50
