Роль ДНК в сохранении, передачи и реализации наследственной информации.

Передача генетической информации в клетке основана на матричных процессах (репликации, транскрипции, трансляции). Синтез дочерней цепи (репликация) молекулы ДНК происходит по матрице одной из двух родительских цепей с образованием новой молекулы ДНК. Синтез молекулы РНК совершается в процессе транскрипции ДНК по матрице одной из двух цепей ДНК. Такая матричная (информационная) РНК может рассматриваться как посредник между ДНК и белком. Далее при синтезе белков генетическая информация, закодированная в последовательности триплетов азотистых оснований (канонов), транслируется в аминокислотную последовательность полипептидных цепей. Во время репликациипроисходит расхождение двух цепей ДНК, и каждая из них служит матрицей для синтеза дочерней цепи. Такой способ репликации называется полуконсервативным. При этом дезоксирибонуклеотиды встраиваются в дочернюю цепь согласно правилу комплементарности азотистых оснований (А — Т, G — С). Вновь образованная молекула состоит из одной родительской и одной дочерней цепи ДНК. Образование дочерних хромосом происходит на стадии синтеза (S) в интерфазе между митотическими делениями и перед первым делением мейоза, В анафазе удвоенные хромосомы расходятся по дочерним клеткам. Таким образом, без процесса репликации невозможно сохранение диплоидного числа хромосом в соматических клетках и образование гаплоидного набора хромосом в половых клетках после двух делений мейоза. Однако при делении клеток происходит не только сохранение числа хромосом, но и воспроизведение последовательности азотистых оснований в молекулах ДНК, основанное на комплементарности пар оснований родительской и дочерней цепей ДНК.Репарация. Система зашиты клетки включает различные типы репарации поврежденной молекулы ДНК. Этот процесс может быть одноэтапным и многоэтапным, происходить как на свету, так и в темноте. Ошибки репликации исправляют специальные ферменты с корректирующей функцией; они находят и удаляют некомплементарное основание. Затем происходит замена на основание, соответствующее правилу комплементарноста (А- Т, G - С). Рекомбинация.Образование новых сочетании генов происходит и результате обмена участками между гомологичными последовательностями ДНК (кроссинговер). В процессе кроссинговера происходит обмен участками между гомологичными хромосомами. При этом, чем дальше расположены гены, тем более часто происходит между ними кроссинговер. Этот принцип был использован при построении первых генетических карту дрозофилы и кукурузы. Рекомбинация может иметь место и при незначительной гомологии нуклеотидных пар, например, при интеграции фагов в хромосому бактерий, и при фактическом отсутствии этой гомологии в случае перемещения мобильных диспергированных элементов по эукариотическим хромосомам. Последние два типа событий относят к незаконной рекомбинации. Транскрипция. Генетическая информация, записанная в последовательности оснований в молекуле ДНК, передается на молекулу рибонуклеиновой кислоты (РНК) в процессе транскрипции. РНК отличается от ДНК наличием в сахарофосфатном остове молекулы сахара рибозы вместо дезоксирибозы и другого азотистого основания - урацила (вместо тимина), комплементарного аденину. Транскрипция ДНК -матричный процесс, во время которого молекула РНК синтезируется по матрице одной из двух цепей ДНК. При этом происходит локальное расплетение цепей ДНК в транскрибируемом участке и присоединение рибонуклеотидных остатков к растущей цепи РНК. По окончании транскрипции каждого очередного участка молекулы ДНК ее двухспиральная структура восстанавливается. Транскрипция заканчивается на терминаторных последовательностях гена с отделением сиинтезированной одноцепочечной молекулы РНК. В процессе транскрипции участвуют не только специальные ферменты, но и многочисленные регуляторные белки. Такие белки взаимодействуют с регуляторными последовательностями генов, обеспечивая процесс начала и окончания транскрипции и уровень нарабатываемого первичного продукта. Трансляция. Передача генетической информации с мРНК на белок носит название трансляции. Биосинтез белка происходит на цитоплазматических структурах, называемых рибосомами. Рибосома, продвигается вдоль мРНК, последовательно выбирая из среды те аминокислоты, соединенные с транспортными РНК (тРНК), которые соответствуют кодирующим последовательностям нуклеотидов. При этом последовательность кодонов в зрелой молекуле РНК определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

45.Строение ДНК И РНК. Видовая специфичность ДНК.

ДНК-стойкое хим. соединение, не подвергающейся воздействию спиртов, щелочей, кислоты. Днк можно разрезать на часть и эти части могут склеиваться и соед. между собой. ДНК способна денотурации – т.е. раскручиванию спирали под влиянием ферментов – происходит при репликации и транскрипции. После прекращения воздействия ферментов, ДНК способна восстанавливать первичную и вторичную стр-ру - ренотерация (восстановление). ДНК находится в ядре клетки.
ДНК состоит из 2 цепочек закрученных в спираль(внутри азотистое основание, сахар, фосфорные остатки.)
ДНК является первичным носителем наследственной информации. Это означает, что вся информация о структуре, функционировании и развитии отдельных клеток и целостного организма записана в виде нуклеотидных последовательностей ДНК.

РНК относится к нуклииновым к-ам, является полимером. РНК состоит из 1 цепочки и содержит сахар – рибозу. Состав каждой нуклеотида входит: Сахар – рибоза, фосфорные к-ты, - азотистого основания(Аденин, гуанин, цитозин и уроцил.). РНК меньше чем ДНК по молек. массе и поэтому может существовать в разных формах, подвергаться действию кислот, щелочей, ферментов.
Существует несколько типов РНК:
1 Информационная (Матричная)-в виде цепочки
2 Рибосомная
3.Транспортная(центральная петля имеет 3 нуклеотида, в виде трехлистника)
Матричная РНК представлена в виде цепочки- в первичной стр-ре. Составляет 5% клеточной РНК. Служит для передачи генетической информации от ДНК на рибосомы при биосинтезе белка. Для защиты матр. в клетке образ. столько типов матр. РНК сколько типов белков существует в клетки. Иногда на рибосомах матр. РНК может присоединиться нескольким рибосомам и образовать несколько белков – назыв. полисомы.
Для защиты матр. РНК от воздействия ферментов на передних 5 штрихах в конце – колпачок. На 3 штрихе в конце находится – аденин нуклеотид.
Транспортная РНК – Составляет 10% клеточной РНК. Включает до 80 нуклеотидов, некоторые участки компелементируются друг с другом. Центральная петля имеет 3 нуклеотида, которые комплементирует нуклеотид на матричной РНК. В клетке находится около 60 видов транспортного РНК. Функция- Доставка аминокислот к рибосомам. Транспортная РНК синтезируется в ядре клетки, к ней присоединяется белок- называется EF-фактор.
Рибосомная РНК- ее больше всего в клетке, около 80%, входит в состав рибосом. По молекулярной массе могут быть: 1. Большие молекулы РНК – от 1600 до 4700 нуклеотидов. 2. Малые – от 120 до 160. Образуется рибосомная РНК в области вторичных перетяжек хромосом, которые в интерфазу образует ядрышек. Синтез происходит в ядрышках.
46. Пространственная модель строение молекулы ДНК ,предложенная Уотсоном и Криком.
1953г- Уотсон и Крик использовали закономерность и ренгеноструктивный анализ, который сделала Р.Франклинк ,они построили модель молекулы ДНК.
1.ДНК состоит из 2 цепочек закрученных в спираль(внутри азотистое основание, сахар, фосфорные остатки.)
2.Азотистые основание повернуты внутрь спирали и удерживаются в таком состоянии за счет водородных связей между азот. оснований.
3 Азот. основания коплементарны друг другу.
4. Каждая цепочка ДНК включает 100000 нуклиотидов. Диаметр спирали = 20 акстрен.
5. Один виток спирали встречает 10 пар азот. основ. Или 10 пар нуклеотидов. Длина витка = 34 акстренам.
6. Цепочки антипаралелльны друг к другу и имеют противоположное направленность.
7. Азот. основ. расположены внутри спирали под прямым углом к оси. Сахара находятся под прямым углом к азотистым основаниям.
8. На последующих азот. основ. не накладывает никаких ограничений.
ДНК имеет первичную стру-ру – это последовательность нуклеотидов. Образующийся спирали – вторичная стру-ра. ДНК образует суперветки – это третичная стру-ра.

47. Схема репликации(самоудвоения) ДНК.
Процесс репликации основан на 2-ух принцыпах:
1. Новая молекула ДНК не создается заново, а синтетически происходит на основе матрицы ,для каждого новая молекула ДНК является каждой цепочкой исходного молекулы ДНК.
2. Такой синтез возможен благодаря принципу комплементарности. Механическая реплекация ДНК предложена Уотсоном и Криком.
Происходит раскручивании спирали ДНК. Под ферментом топоизомераза цепочки ДНК отходят друг от друга ,и вместе расходятся цепочеки образуя репликационную вилку. Синтез идет антипараллельно. 1 цепочка – Под начало ДНК к реплекационной вилке, 2цепочка – синтез идет медленно, идет от вилке к началу и синтезируется фрагментами. Фрагменты включают до 1000 нуклеотидов. 2 цепь отстоющая. Схема получается полуконсирвативная – т.к. одна цепь старая, другая новая. ДНК-полимеразе, исходный субстрат для синтеза новой цепи ДНК является дезоксирибонуклеозинтрифасфаты. Образующийся новые цепочки обязаны в начале синтеза образовывать несколько нуклеотидов образуя – активатор, именно к этому куску и подсоединяется ДНК. Отстающая цепь(запоздалая) – синтезирует фрагмент.
В синтезе ДНК 3 этапа:
1 Инициация – Трансляция происходит на рибосоме. И-РНК присоединяется к микрочастицам, 1 кадон – инициатор(АУГ) без него не будет происходить синтез. Подходит транспортная РНК(строение как клевер).Антикодон на инфРНК должен соответствовать кодону, потом присоединяется микрочастица.
2 Элонгация – наращивания цепочек из нуклеотида в новые цепи по принципу комплементарности к старой цепи. Рибосома движется по и-РНК и поступает новый кодон. Доставляет аминокислоту.
3 Терминация – Последний кодон терминатор не кодирует аминокислоту, синтез прекращается.

48. Типы РНК и их функции в процессе синтеза белка.
РНК относится к нуклииновым к-ам, является полимером. Состав каждой нуклеотида входит: Сахар – рибоза, фосфорные к-ты, - азотистого основания(Аденин,гуанин,цитозин и уроцил.). РНК меньше чем ДНК по молек. Массе и по этому может существовать в разных формах, подвергается действию кислот, щелочей, ферментов.
Существует несколько типов РНК:
1 Матричная
2 Информационная ( передает в цитоплазму генетическую информацию от ДНК, находящейся в ядре)
3.Транспортная
4.Рибосомная
Матричная РНК представлена в виде цепочки- в первичной стр-ре. Для защиты матр. В клетке образ. столько типов матр. РНК сколько типов белков существует в клетки. Иногда на рибосомах матр. РНК может присоединиться нескольким рибосомам и образовать несколько белков – назыв. полисомы.
Транспортная РНК
Включает до 80 нуклеотидов, некоторые участки коплементраности друг к другу. Центральная петля имеет 3 нуклеотида которые комплементируют нуклеотид на матричном РНК.В клетки около 60 видов транспортной РНК. Ф-ция трансп. РНК: Доставка аминокислот к рибосомам. Трансп. РНК синтезируется в ядре клетки, к ней присоединяется белок – называется EF-фактор.
Рибосомная РНК
Ее больше всего в клетки, около 80%, входит в состав рибосом. У эукариот- существует 5 видов, у прокариот- 3 вида. По молекулярной массе может быть: 1 Большие молекулы РНК- от 1600 до 4700 нуклеотидов.2 Малые -от 120 до 160 нуклеотидов. Образуются рибосомные РНК в области вторичных перетяжек хромосом, которые в интерфазе образуют ядрышек. Синтез происходит в ядрышках.
49. Синтез белка в клетки. Транскрипция и трансляция.
В составе белка входят 20 аминокислот (незаменимые и заменимые). Каждая аминокислота имеет корбоксильную группу (СООН), аминогруппу( NH2) и отличаются друг от друга только радикалами. Белки молекул образуются в результате образования пептидной связи между соседними аминокислотами.
Белки имеют стр-ры:
1. Первичная- это последовательная аминокислота в молекуле ДНК.
2. Вторичная- это вид спирали, за счет образования водородных связей между аминогрупп и карбоксильных групп на соседних белках.
3.Третичная – более плотная упаковка спирали в виде глобулы, за счет дисульфидных связей между радикалами аминокислот и белки имеют 4-ую стру-ру(несколько молекул одного и того же белка объединяются для выполнения своей функции)
Белки способны к денатурации – потери 2-ой,3-ей стру-ры под влиянием температуры, освещения, обезвоживания, облучения. Если теряется 1-ая стр-ра, то белок не способен восстанавливать свои фу-ции.
Функции белка:
1 Ферментативная фу-ция;
2 Строительная – белки входят в мембрану клетки.
3 Двигательная – сократительные белки в мышечных волокнах.
4 Транспортная – гемоглобин переносит кислород.
5 Защитная
6. Энергетическая – при расщеплении белков выделяется энергия.
Трансляция(синтез белка)– это передача наследственной информации с информационной ДНК на последовательные аминокислоты в белке (синтез белка на рибосоме)
Происходит процесс на рибосоме, обязательный компонент информационной ДНК, рибосомной РНК, более 20 видов ферментов и более 50 видов белков, которые на разных этапах появляются.
Этапы трансляции:
1) Происходит активация аминокислот, за счет взаимодействия аминокислот с молекулой АТФ и происходит процесс с затратой энергии.
2) Активируется аминокислоты, присоединяется к транспортной РНК.
3) Присоединяется белок - TF3 и с помощью этого белка рибосома узнает 1-кадон на инф. РНК.
1-3 этапа- транскрипция, с 4 этапа начинается трансляция.
4) Второй этап- элонгация, происходит наращивание цепочки из аминокислот. Присоединяется 2 частицы рибосом. Инф. РНК сдвигается, а в активный центр рибосомы поступает кадон. В центре образуется цепочка из аминокислот.
5) Последний этап – терминация, т.е. на этом этапе в активном центре поступает 3 кадона темина: УАА,УАГ,УГА. Синтез белка заканчивается.
Иногда на 1 инф. РНК содятся много рибосом, образуя сразу несколько молекул одного и того же белка.
Транскрипция– это считывания или перенос насл.инф. с ДНК на инф. РНК.
Матрицей для синтеза РНК явл. 1 из цепочек ДНК – смысловая цепочка. В основе транскрипции лежит процесс копирования на основе принципа камплиментраности.
Транскрип. + Трансляц. = Экспрессия гена или реализация фун-ции гена. В клетки насл. инф. передается от ДНК,РНК и далее на белок.

50. Генетический код и его свойства. Понятие о триплете, кодоне и антикодоне.

Генетический код(код наследования)-это определенное соответствие между последование нуклеотидов ДНК и последовательных аминокислот в молекуле белка. Свойства генетического кода:
1. Генетический код триплетен - три нуклеотида в молекуле ДНК кодирует определенную аминокислоту в молекуле белка.
2. Вырожденность- проявляется всего аминокислот -20, разновидных нуклеотидов-4, сочетаний-64 из них 61-смысловые кодоны, и 3 кодон- кодоны КЕВИРНАТОРЫ (УАА, УАД, АУД)
3. Генетический код универсален - независимо от уровня организации генетический код у всех одинаковый.
4. Генетический код не перекрывающейся – триплеты считываются один за другим без промежутков.
5. Кодон АУГ является стартовым кодоном – если находится в середине, то кодирует аминокислоту – метионин.
6. В конце находится 1 из 3 кодонов терминатор или стопкодон (нонсенс)
Функция:
Воспроизводить наследственную информацию, репликация(редупликация)
Триплет (лат. triplus — тройной) — в генетике, комбинация из трёх последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты.

В информационных рибонуклеиновых кислотах (и-РНК) триплеты образуют так называемые кодоны, с помощью которых в и-РНК закодирована последовательность расположения аминокислот в белках.В молекулах транспортных РНК (т-РНК) триплеты образуют антикодоны.

Кодон (кодирующий тринуклеотид) — единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет) в ДНК или РНК, обычно кодирующих включение одной аминокислоты. Последовательность кодонов в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном.
Антикодон — триплет (тринуклеотид), участок в транспортной рибонуклеиновой кислоте (т-РНК), состоящий из трёх неспаренных (имеющих свободные связи) нуклеотидов. Спариваясь с кодоном матричной РНК (м-РНК), обеспечивает правильную расстановку каждой аминокислоты при биосинтезе белка.

51. Регуляция синтеза белка в клетке (схема Жакоба и Моне)
Основным условием существования любых живых организмов является наличие тонкой, гибкой, согласованно действующей системы регуляции, в которой все элементы тесно связаны друг с другом. В белковом синтезе не только количественный и качественный состав белков, но и время синтеза имеют большое значение. От этого зависит приспособление микроорганизмов к условиям окружающей питательной среды как биологической необходимости или приспособление сложного многоклеточного организма к физиологическим потребностям при изменении внутренних и внешних условий. Клетки живых организмов обладают способностью синтезировать огромное количество разнообразных белков. Однако они никогда не синтезируют все белки. Количество и разнообразие белков, в частности ферментов, определяются степенью их участия в метаболизме. Более того, интенсивность обмена регулируется скоростью синтеза белка и параллельно контролируется аллостерическим путем. Таким образом, синтез белка регулируется внешними и внутренними факторами и условиями, которые диктуют клетке синтез такого количества белка и такого набора белков, которые необходимы для выполнения физиологических функций. Все это свидетельствует о весьма сложном, тонком и целесообразном механизме регуляции синтеза белка в клетке.

Общую теорию регуляции синтеза белка разработали французские ученые, лауреаты Нобелевской премии Ф. Жакоб и Ж. Моно. Сущность этой теории сводится к «выключению» или «включению» генов как функционирующих единиц, к возможности или невозможности проявления их способности передавать закодированную в структурных генах ДНК генетическую информацию на синтез специфических белков. Эта теория, доказанная в опытах на бактериях, получила широкое признание, хотя в эукариотических клетках механизмы регуляции синтеза белка, вероятнее всего, являются более сложными. У бактерий доказана индукция ферментов при добавлении в питательную среду субстратов этих ферментов. Добавление конечных продуктов реакции, образование которых катализируется этими же ферментами, напротив, вызывает уменьшение количества синтезируемых ферментов. Это последнее явление получило название репрессии синтеза ферментов. Оба явления – индукция и репрессия – взаимосвязаны.

Согласно теории Ф. Жакоба и Ж. Моно, в биосинтезе белка у бактерий участвуют по крайней мере 3 типа генов: структурные гены, ген-регулятор и ген-оператор.

Существует три основных типа мутагенов, или мутагенных агентов:
1) Ионизирующая радиация. Альфа, бета, гамма и рентгеновские лучи могут нарушать нормальную последовательность оснований ДНК, в основном, выбивая из нее пары оснований.
2) Неионизирующая радиация. Ультрафиолетовый свет приводит к сшивке двух расположенных рядом тиминов в нити ДНК, что блокирует репликацию ДНК, и требуется ее репарация (восстановление). Если репарация не может успешно завершиться, возникают точечные мутации.
3) Химические мутагены. Многие химические вещества взаимодействуют с ДНК таким образом, что изменяются пары оснований.