832648_№3-realizaciya-nasledstvennoi-informacii

ПЛАН ЛЕКЦИИ:
Клеточный цикл: характеристика фаз, биологический смысл. Разновидности митоза.
Мейоз, характеристика 1-го и 2-го делений. Биологическое значение мейоза.
Основные этапы биосинтеза белка. Роль РНК.
Особенности реализации наследственной информации у про- и эукариот.

СХЕМА МЕЙОЗА. ОСНОВНЫЕ ФАЗЫ.
МЕЙОЗ – способ деления эукариотической клетки, при котором происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное.
МЕЙОЗ сопровождает образование гамет у животных (п) и спор у высших растений (п).

СХЕМА МЕЙОЗА
МЕЙОЗ состоит из:
ИНТЕРФАЗА МЕЙОЗ 1 МЕЙОЗ 2
Пресинтетический период профаза 1 профаза 2
Синтетический период метафаза 1 метафаза 2
Постсинтетический период анафаза 1 анафаза 2
телофаза 1 телофаза 2
РЕДУКЦИОННОЕ ЭКВАЦИОННОЕ
ДЕЛЕНИЕ ДЕЛЕНИЕ
п2С пс, пс.
2п 2С --2 п 4 С-
п 2С пс, пс.

ПРОФАЗА 1. ЛЕПТОТЕНА и ЗИГОТЕНА
Хромосомы спирализуются, утолщаются и укорачиваются.
Начало конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются в бивалент (тетрада хроматид).
2п2хр4с

ПРОФАЗА 1. ПАХИТЕНА.
Спирализация продолжается.
КРОССИНГОВЕР.
1п бив 4хр4с.

ПРОФАЗА 1 МЕЙОЗА. КРОССИНГОВЕР.

ПРОФАЗА 1. ДИПЛОТЕНА.
Возникновение сил отталкивания между гомологами, которые начинают отделяться сначала в области центромер.
Образование ХИАЗМ.
1п бив 4хр4с.

ПРОФАЗА 1. ДИАКИНЕЗ.
Хромосомы удерживаются в отдельных точках.
Окончательного разрушения бивалентов не происходит.
1п бив 4хр4с.

ПРОФАЗА 1. ДИКТИОТЕНА.
Только в овогенезе.
Хромосомы принимают форму «ламповых щеток» и прекращают структурные изменения до полового созревания.
Один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.

М Е Й О З. П Р О Ф А З А 1 .

МЕТАФАЗА 1.
БИВАЛЕНТЫ В ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ.
2n4C

АНАФАЗА 1.
1. ГОМОЛОГИ РАСХОДЯТСЯ ПО ПОЛЮСАМ.
2. РАСХОЖДЕНИЕ ХРОМОСОМ НОСИТ НЕЗАВИСИМЫЙ ХАРАКТЕР.
3. (1п2хр2с) х 2

МЕЙОЗ 2. Эквационное деление.
По типу митоза.
Профаза 2 короткая.
Метафаза 2 – на экваторе двухроматидные хромосомы (1п2хр2с).
Анафаза 2 – расхождение ХРОМАТИД (1п1хр1с).
Телофаза 2 – 4 клетки (1п1хр1с) х4

Биологическое значение мейоза
Рекомбинация генетического материала (кроссинговер в профазу 1 и независимое расхождение гомологичных хромосом по полюсам в анафазу 1).
Основное звено гаметогенеза, в результате – образование гаплоидных клеток.
Поддержание постоянства кариотипа в ряду поколений.
У высших растений – образование спор.

Молекулярная биология
Экспрессия гена — процесс реализации информации, закодированной в гене. Состоит из двух основных стадий — транскрипции и трансляции.

3. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА. РОЛЬ РНК.
СХЕМА БИОСИНТЕЗА:
ТРАНСКРИПЦИЯ (ЯДРО).
СОЗРЕВАНИЕ м-РНК.
ТРАНСЛЯЦИЯ (РИБОСОМА).

Центральная догма молекулярной биологии
ДНК → РНК → белок

Транскрипционный
аппарат клетки
Транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК.
Транскрипт — продукт транскрипции, т. е. РНК, синтезированная на данном участке ДНК-матрицы

Транскрипционный
аппарат клетки
Этапы транскрипции:
Присоединение РНК-полимеразы
Инициация
Элонгация
Терминация

Транскрипционный
аппарат клетки
Промотор — регуляторный участок гена, к которому присоединяется РНК-полимераза с тем, чтобы начать транскрипцию.

Транскрипционный
аппарат клетки
Элонгация – удлинение цепи РНК за счет комплементарного присоединения новых нуклеотидов

Транскрипционный
аппарат клетки
Терминатор – это участок, где прекращается дальнейший рост цепи РНК и происходит ее освобождение от матрицы ДНК.

Схема транскрипции

ТРАНСКРИПЦИЯ - процесс переписывания информации
с ДНК на и-РНК (м-РНК).
Синтез начинается с обнаружения РНК-полимеразой в молекуле ДНК промотора.
РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК.
На кодогенной цепи – синтез и-РНК.

ТРАНСКРИПЦИЯ
4. Синтез и-РНК по принципу комплементарности:
5. Синтез продолжается до терминатора тринскрипции.
6. Фрагмент ДНК из промотора, транскрибируемой последовательности и терминатора – ТРАНСКРИПТОН.

Транскрипционный
аппарат клетки
Процессинг – совокупность событий, связанных с претрансляционным преобразованием первичного РНК-транскрипта

Транскрипционный
аппарат клетки
К 5′-концу РНК добавляется кэп (метилированный гуаниновый нуклеотид), защищающий транскрипт от деградации.

Транскрипционный
аппарат клетки
К 3′-концу РНК присоединяется «поли-А-хвост» - последовательность из 100-200 остатков адениловой кислоты, которая участвует в транспорте РНК из ядра в цитоплазму

Транскрипционный
аппарат клетки
Экзон — значащий участок гена, на котором записана информация о порядке аминокислот в молекуле белка. Сохраняется при сплайсинге.

Транскрипционный
аппарат клетки
Интрон — некодирующий участок гена, который переписывается на иРНК, а затем удаляется из нее при сплайсинге

Транскрипционный
аппарат клетки
Сплайсинг — процесс формирования зрелой и-РНК путем удаления внутренних частей молекулы — интронов.

Схема сплайсинга

Схема сплайсинга

Общая схема транскрипции, процессинга gРНК и трансляции

Альтернативный сплайсинг дает возможность синтеза различных молекул белка на базе одной нуклеотидной последовательности

Транскрипционный
аппарат клетки
Неактивное состояние гена может быть обусловлено компактизацией хроматина. Иногда компактизацию хроматина объясняют метилированием ДНК и, напротив, деметилирование ДНК может сопровождаться активацией гена.

Молекулярно-генетический уровень организации жизни
Трансляционный аппарат клетки

Трансляционный аппарат клетки
Трансляция — процесс биосинтеза белка, определяемый матричной РНК.

Трансляционный аппарат клетки
В 1968 г. За открытие генетического кода Р.Хорана, Р.Холли и М.Ниренберг получили Нобелевскую премию

Трансляционный аппарат клетки
Генетический код – это способ записи информации об аминокислотном составе белка с помощью нуклеотидов

ТРАНСЛЯЦИЯ. т-РНК.
Синтезируется на матрице ДНК.
Число нуклеотидов – 75-95.
Лист клевера, в котором выделяют 4 части: акцепторный стебель, антикодоновая ветвь, 2 боковые ветви с модифицированными основаниями.
Дополнительная петля (от 3-5 до 13-21 нуклеотидов)

ТРАНСЛЯЦИЯ. т-РНК.
5. ИНОЗИН в составе антикодона способен комплементарно соединяться с У, Ц и А м-РНК (одна т-РНК узнает несколько кодонов-синонимов).
6. Известно несколько видов т-РНК, способных соединяться с одним и тем же кодоном, поэтому
т-РНК 40 видов.

СОЕДИНЕНИЕ т-РНК С АМИНОКИСЛОТОЙ
А\к-та взаимодействует с АТФ, активация ее и образование аденилированной аминокислоты.
Аденилированная аминокислота взаим-т с ОН-группой на 3 конце т-РНК. Высвобождение АМФ.
АМИНОАЦИЛ-т-РНК-СИНТЕТАЗЫ.

Строение рибосом

Трансляционный аппарат клетки
В рибосоме имеются три различных участка, с которыми связывается РНК: один для мРНК и два – для тРНК.

Трансляционный аппарат клетки
Участки для т-РНК называются Р -(пептидильный) и
А- (акцепторный или аминоацильный) участки

Трансляционный аппарат клетки
В фазе инициации субъединицы рибосомы объединяются с мРНК и в систему поступает первая т-РНК.
Старт-кодон для синтеза любого белка – АУГ.

ИНИЦИАЦИЯ БЕЛКОВОГО СИНТЕЗА

Рибосомы

Трансляционный аппарат клетки
Элонгация (удлинение) – циклически повторяющиеся события, связанные с включением аминокислот в белковую цепочку.

ФАЗА ЭЛОНГАЦИИ
При соединении антикодона т-РНК с кодоном м-РНК транспортируемая аминокислота располагается на А-участке.
Шаг рибосомы на м-РНК = 1 кодону.
Скорость сборки большая: у бактерий в 1 сек. присоединяется от 12 до 17 аминокислот.

Элонгация

Трансляционный аппарат клетки
Терминация (окончание биосинтеза) связана с поступлением в рибосому одного из нонсенс-кодонов: УАА, УАГ или УГА.

Полирибосома (полисома)

ФАЗЫ ТРАНСЛЯЦИОННОГО СИНТЕЗА: инициации, элонгации, терминации
Фаза инициации:
Рибосомные РНК обеспечивают взаимосвязь с м-РНК (рамка считывания).
Формирование сайтов: А (аминоацильного) и П (пептидильного).
Экранируется 30 нуклеотидов, но при этом «читается» 2 антикодона.
На начало синтеза – стартовый кодон АУГ.
Описанные процессы - факторы инициации.

Белки в эволюции и онтогенезе
Бактериальные и-РНК полицистронны, т.е.кодируют несколько белков по одной и-РНК, а эукариотические – моноцистронны.

Трансляционный аппарат клетки
Действие многих эффективных антибиотиков основано на подавлении биосинтеза белков.

Трансляционный аппарат клетки
Посттрансляционная модификация заключается в укладке первичной структуры белка в структуры высшего порядка.

4. Особенности организации и экспрессии у эукариот и прокариот
ЕДИНСТВО ПРОИСХОЖДЕНИЯ:
Генетический материал у прокариот и эукариот представлен ДНК.
Общее – генетический код и система записи наследственной информации.
Одни и те же аминокислоты шифруются одними кодонами.
Процессы экспрессии генов сходны: ДНК – транскрипция – и-РНК – полипептид (с участием т-РНК).

ОТЛИЧИЯ В ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРО- и ЭУКАРИОТ

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ МОДЕЛЬ ОПЕРОНА.
1. Начало 60-х годов 20-го века: Ф. ЖАКОБ, А. ЛЬВОВ, Ж. МОНО предложили гипотезу, объясняющую работу автоматической системы контроля за производством ферментов в бактериальной клетке.
2. При таком типе регуляции генов контроль осуществляется ОПЕРОНОМ, который состоит из генов: структурных, гена-промотора (присоед-е РНК-полимеразы), гена-оператора (контролирует производство м-РНК).
3. Вне оперона – ген-регулятор, производящий молекулу репрессора, который препятствует действию гена-оператора.

ИНДУКЦИЯ
4. Процесс индукции включает следующие фазы:
А) ПРОИЗВОДСТВО МОЛЕКУЛЫ-РЕПРЕССОРА:
ген-регулятор синтезирует репрессор;
при отсутствии субстрата репрессор может блокировать РНК-полимеразу;
транкрипция генов не осуществляется.
Б) ПРИСОЕДИНЕНИЕ СУБСТРАТА (ИНДУКТОРА) К БЕЛКУ-РЕПРЕССОРУ:
это обратимая реакция, происходящая только при высокой концентрации фермента;
индуктор соединяется с репрессором;
м-РНК выполняет свои функции.

ИНДУКЦИЯ
В) Транскрипция генов и производство ферментов:
РНК-полимераза получает доступ к оператору:
синтез фермента.

ИНДУКЦИЯ. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЕНОВ.