Свойства ДНК

План
1.Свойства генетического кода.
2.Репликация ДНК и его механизм2.Репликация ДНК и его механизм.
3.Репарация ДНК, химическая стабильность.
4.Генные мутации:
-замена азотистых оснований
-сдвиг рамки считывания
-инверсия
5.Рекомбинация (мутон, рекон).
6.Механизм транскрипции (транскрипционная вилка).

1. Свойства генетический код

Генетический код
Способ записи информации о первичной структуре белков через последовательность нуклеотидов ДНК и РНК.
Полностью расшифрован к 1966

Физик-теоретик
1954
Сформулировал проблему кода и предположил его триплетность.
Георгий Антонович Гамов
(1904-1968)
История открытия генетического кода

Проблема
Алфавит белков
20 а.к.
Алфавит ДНК и РНК
4 нуклеотида

Обоснование триплетности кода Гамовым

История открытия генетического кода
Маршалл Ниренберг
Гобинд Корана
Роберт Холли
Нобелевская премия 1968

Har Gobind Khorana Robert W. Holley

Симпозиум в Колд-Спринг-Харборе.
Фрэнсис Крик представил результат коллективного труда нескольких лабораторий – таблицу генетического кода.
1966

Свойства кода
Триплетность
Неперекрываемость
Отсутствие межкодонных знаков препинания
Наличие межгенных знаков препинания
Однозначность
Вырожденность (избыточность)
Помехоустойчивость
Универсальность

Свойства кода
1. Триплетность
Триплет = кодон – тройка нуклеотидов, кодирующая одну а.к.
5' ЦУГ 3‘
Направление чтения
Число триплетов – 64
Записываются в символах РНК и ДНК

Неперекрывающийся
код
Перекрывающийся
код
А Г У У А Ц Г Ц А
А Г У У А Ц Г Ц А
Ограничения: следующая а.к. может быть не любой, а только с кодоном, начинающимся на У
Свойства кода
2. Неперекрываемость

Текст считывается подряд по 3 буквы
Его можно прочесть тремя рамками считывания
А Г У У А Ц Г Ц А Ц А
А Г У У А Ц Г Ц А Ц А
А Г У У А Ц Г Ц А Ц А
Сер Тир Ала
Вал Тре Гис
Лей Арг Тре
Рамка считывания 2
Рамка считывания 3
Свойства кода
3. Отсутствие межкодонных знаков препинания

Знак окончания гена – три СТОП-кодона
СТОП-кодоны не кодируют никакую а.к. и синтез белка на них прекращается.
Свойства кода
4. Наличие межгенных знаков препинания
УГА УАА УАГ

Кодонов – 61 Аминокислот – 20
5. Однозначность
6. Избыточность (вырожденность)

Генетический код един у всех живущих на Земле организмов.
Это самое мощное свидетельство единства происхождения всего живого.
Свойства кода
7. Универсальность

Некоторые отклонения были обнаружены в митохондриях.
Поскольку отклонения – разные, то они произошли после становления универсального кода и связаны с тем, что геном митохондрий – очень маленький.
Свойства кода
8. Универсальность

Универсальный биологический процесс передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов, благодаря созданию точных копий ДНК.
ДНК – единственная молекула клетки, способная к самоудвоению.
2. Репликация ДНК

Место репликации в клеточном цикле
Репликация ДНК всегда предшествует делению клетки.
Репликация
S-период
(Synthesis)
Интерфаза
Деление
Каждая дочерняя клетка получает точную копию всей ДНК

Принципы репликации
1. Комплементарность
2. Антипараллельность
3. Полуконсервативность
4. Униполярность
5. Прерывистость
6. Потребность в затравке

Полуконсервативность
Полуконсервативный
Консервативный
Дисперсионный

Репликон – расстояние между двумя сайтами начала репликации ori ~ 100 тыс. н.п.
У прокариот вся кольцевая молекула – один репликон
Прерывистость репликации

Прерывистость репликации
ДНК одной хромосомы
ori
ori
Репликативные вилки

Прерывистость репликации
ДНК одной хромосомы
ori
3'
5'
3'
5'
5'
5'
3'
3'
Противоречие с принципом униполярности – расти может только 3' конец !
?
?

Молекулярная машина репликации

1. Геликазы раскручивают двойную спираль

ДНК-
полимераза
праймаза
Праймер
РНК
2. Праймаза синтезирует РНК-затравку (праймер)

Удаление праймера
3. ДНК-полимераза ДНК-полимераза III синтезирует новую цепь ДНК
4. ДНК-полимераза I удаляет праймер и заделывает брешь
5. Лигаза – сшивает концы.

ДНК-полимераза I (кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка, показанных разными цветами), лигирующая повреждённую цепь ДНК

ДНК-полимераза использует нуклеотиды в виде 5' трифосфатов
Растущий 3‘ конец цепочки
Дезокси-нуклеотид трифосфат
5'
3'
5'
3'

Свойства ДНК-полимеразы
1. Присоединяет по одному нуклеотиду с 3‘ конца растущей цепочки.
2. Требует для начала работы спаренного 3‘ конца.
3. Отщепляет один нуклеотид назад, если он не спарен – т.е. исправляет свои ошибки.
Логически связанные свойства !
3'

ДНК-полимераза исправляет ошибки
Если новый нуклеотид не спарен – фермент не может двигаться дальше.
Тогда он выедает неверный нуклеотид и ставит другой.

Скорость репликации ДНК
У прокариот – 1000 нуклеотидов /сек
У эукариот – 100 нуклеотидов /сек
(медленнее, потому что ДНК сложно упакована – нуклеосомы и другие уровни упаковки)

Выводы по репликации ДНК
В результате репликации каждая дочерняя клетка получает точную копию всей ДНК содержавшейся в материнской клетке.
ДНК всех клеток одного организма – одинаковая, как по количеству молекул, т.е. хромосом, так и по их нуклеотидному составу.

3.Репарация ДНК
Белки, которые исправляют ошибки и повреждения в ДНК.
Дефекты этих систем ведут к тяжелым заболеваниям.
Пигментная ксеродерма – дефект системы репарации УФ-повреждений

4. Генные мутации
Классификация мутаций по характеру появления

Мутации по уровню возникновения
Генные мутации, геномные мутации,. хромосомные мутации:
--- связаны с изменениями внутри гена
--- связаны с изменениями структуры хромосом
--- приводят к изменению числа хромосом

ДЕЛЕЦИЯ
от лат. deletio — уничтожение — хромосомная аберрация (перестройка), при которой происходит потеря участка хромосомы.

ДУПЛИКАЦИИ
От лат. duplicatio — удвоение — структурная хромосомная мутация, заключающаяся в удвоении участка хромосомы.

Транслокации
Хромосомы шимпанзе и человека.
Поперечная исчерченность обоих видов очень близка.
(транслокация по 2 паре).

Репликативная вилка
Униполярность:
Растущий конец новой цепочки – всегда 3'
3'
5'
3'
3'
Запаздывающая цепь
Лидирующая цепь
Направление движения вилки
Фрагменты Оказаки
6.Механизм транскрипции (транскрипционная вилка).