
- •Глава 8 методы генной инженерии. Промышленный синтез белков, инсулина, соматотропина и интерферона
- •8.1. История создания генетической инженерии
- •8.2. Схема строения молекулы днк и триплетность генетического кода
- •Модель днк
- •8.3. Ферменты в генной инженерии
- •8. 4. Технология получения рекомбинантной молекулы днк
- •Рекомбинантной молекулы днк
- •8. 5. Векторы, используемые для клонирования днк
- •8. 6. Экспрессия генов в бактериальных клетках и микроорганизмах
- •До копирования всего структурного гена
- •С большой рибосомной субъединицей
- •В качестве объекта для клонирования и экспрессии
- •8.7. Метод электрофорезного разделения днк и этапы идентификации днк по Саузерну
- •Для электрофореза днк в агаровом геле
- •Идентификации днк методом Саузерн-блот гибридизации
- •8. 8. Секвенирование днк и получение генов
- •Семейства меченных фрагментов днк
- •Полученной методом секвенирования днк
- •Днк ферментативным методом
- •8. 9. Амплификация (увеличение числа копий) фрагментов днк с помощью метода полимеразной цепной реакции (пцр)
- •Фрагмента днк
- •8.10. Генетическая инженерия и ее возможности для практики
- •8. 11. Промышленный синтез белков
- •«Расплодки»
- •8. 12. Биотехнология получения инсулина, гормона роста и интерферона
- •При синтезе интерферона человека в e. Coli.
- •Глава 9
- •9. 2. Трансгенные животные (метод получения)
- •9. 2. 1. Методы введения чужеродного гена в организм животного
- •9.2.2. Создание разных видов трансгенных животных
- •9. 2. 3. Клонирование
- •В яйцеклетку (по Беквисту)
- •Методом пересадки ядер
- •9. 2. 4. Межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных
- •9. 2. 5. Получение гомозиготных диплоидных потомков
- •Диплоидных потомков
- •9. 2. 6. Создание партеногенетических животных
- •9. 2. 7. О генетическом риске и биобезопасности в биоинженерии и трансгенных технологиях
- •9. 3. Государственное регулирование безопасности генно-инженерной деятельности в Республике Беларусь
- •Глава 10 иммобилизованные ферменты
- •10. 1. Понятие «инженерная энзимология»
- •И иммобилизация ферментов
- •И Saccharomyces carlsberqensis, используемые для получения фермента инвертазы
- •10.2. Механизм биотехнологического действия ферментов
- •10. 3. Технология глубинного культивирования микроорганизмов – продуцентов ферментов.
- •10. 4. Технология выделения и очистки ферментных препаратов
- •10. 5. Иммобилизованные ферменты. Методы иммобилизации
- •10. 6. Практическое применение иммобилизованных ферментов
- •При растворении тромбов в кровеносных сосудах
- •«Искусственная почка»
- •Глава 11
- •Гидроксилирование кортизола
- •11. 2. Методы контроля репродуктивной функции у животных
- •11. 3. Нейро-гуморальная регуляция внутрияичниковых процессов. Рост и развитие эмбрионов
- •Внутрияичниковых процессов
- •11. 4. Биотехнология получения потомков животных желаемого пола
- •Быков производителей по полу
- •Глава 12 получение аминокислот и белка одноклеточных организмов
- •12.1. Содержание незаменимых аминокислот в белках некоторых микроорганизмов
- •12. 2. Выращивание кормовых дрожжей
- •12.3. Белковые концентраты из бактерий
- •На газообразных углеводородах
- •12.4. Кормовые белки из водорослей
- •12. 5. Белки микроскопических грибов
- •12. 6. Кормовые белковые концентраты из растений
- •12. 7. Производство незаменимых аминокислот
- •Из аспарагиновой кислоты
- •12. 8. Производство кормовых витаминных препаратов
- •12. 9. Кормовые липиды
- •12. 10. Производство ферментных препаратов
- •Глава 13
- •13. 2. Результаты использования пребиотиков
- •13. 3. Эффективность использования гербиотиков и симбиотиков
- •13. 4. Результаты применение заквасок для силосования
- •Заключение
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Содержание
8.2. Схема строения молекулы днк и триплетность генетического кода
Особенности того или иного организма определяются специфичностью его белков, влияющих на обмен веществ в каждом из них.
Генетическая инженерия возникла на стыке таких биологических дисциплин, как молекулярная генетика, энзимология и др. Все процессы, связанные с наследственностью на молекулярном уровне исследует молекулярная генетика, а ген является участком молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, несущей информацию об одной полипептидной цепи.
Специфичность белков каждого отдельного организма формирует и его индивидуальные, неповторимые особенности индивидуального развития. Сюда можно отнести влияние на обмен веществ в организме, его жизнедеятельность и функционирование как единое целое, а также ответная реакция на внешние раздражители. Специфичность белков и в их наследственности, т. е. передаче от родителей потомству, что в полной мере и реализует всё разнообразие генетической информации. Сами белки состоят из 20 аминокислот, которые соединены между собой пептидной связью. Генетическая информация о строении каждого из белков записана и сохраняется в молекуле ДНК.
Молекула ДНК – полимер, состоящий из двух цепочек нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, моносахарида дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц).
По всей длине нити ДНК азотистые основания прочно связаны между собой через моносахарид и остаток фосфорной кислоты, между цепочками – через водородные связи, как это наглядно видно на рис. 8.3.
Внешне ДНК имеет форму спиралеобразной лестницы (рис. 8.4). При этом каждая пара цепочек азотистых оснований распологается в неизменном порядке друг к другу: аденин против тимина, гуанин – против цитозина. Такое расположение носит название комплементарности одного основания к другому, т. е. аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину.
Рис. 8.3. Строение цепочки ДНК
Молекулы ДНК имеют способность удваиваться (реплицировать). В основе процесса удвоения лежит принцип комплементарности. Количество комплементарных оснований А + Т и Г + Ц у каждого животного имеет своё отличие. Например, отношение ∑ (Г + Ц) / ∑ (А + Т) является индивидуальной характеристи-кой ДНК как показателя специфичности её нуклеотидного состава.
К
Рис. 8.4.Модель днк
оэффециент специфичности у ДНК
варьирует от 0,54 до 0,81 –
у животных; от 0,45 до 2,57 – у микроорганизмов;
от 0,58 до 0,94 – у высших растений.
Информация, характеризующая специи-фичность расположения аминокислот в молекуле белка записана и хранится в ДНК в форме определённой последовательности нуклеотидов. Считывание информации с ДНК осуществляется с помощью рибонуклеиновых кислот (РНК). Процесс расшифровки начинается с синтеза информационной РНК (и-РНК).
Информационная РНК – полимер, состоящий из одной цепочки нуклеотидов. В состав нуклеотидов также входят азотистые основания, моносахарид рибоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистых оснований в РНК четыре: аденин (А), урацил (У), гуанин (Г), цитозин (Ц).
Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. Важно, что и- РНК транскрибируется всегда только с одной цепочки ДНК в направлении от 3’ – к 5’ – концу (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Схема строения ДНК и транскрипции и-РНК
Другой этап расшифровки генетической информации происходит на рибосомах, где осуществляется синтез полипептидной цепи белков по матрице и- РНК. Этот процесс называется трансляцией. В данном процессе кроме и- РНК также принимают участие транспортные РНК (т- РНК), основное назначение которых и состоит в транспортировке аминокислоты к рибосомам, а также нахождении им своего места в полипептидной цепи, предусмотренное кодом.
Важным моментом указанного процесса является то, что в ходе трансляции считывание генетической информации осуществляется с молекулы и-РНК в направлении от 5’ – к 3’-концу цепочки. Генетический код в настоящее время расшифрован для всех 20 аминокислот и составлен по и-РНК в виде таблицы (табл. 8.2).
Таблица 8.2. Соответствие кодонов и-РНК аминокислотам
Основания кодонов |
|||||
первое |
второе |
третье |
|||
У |
Ц |
А |
Г |
||
У |
У |
фен |
фен |
лей |
лей |
Ц |
сер |
сер |
сер |
сер |
|
А |
тир |
тир |
- |
- |
|
Г |
цис |
цис |
- |
три |
|
Ц |
У |
лей |
лей |
лей |
лей |
Ц |
про |
про |
про |
про |
|
А |
гис |
гис |
гис |
гли |
|
Г |
арг |
арг |
арг |
арг |
|
А |
У |
иле |
иле |
иле |
мет |
Ц |
тре |
тре |
тре |
тре |
|
А |
асн |
асн |
лиз |
лиз |
|
Г |
сер |
сер |
арг |
арг |
|
Г |
У |
вал |
вал |
вал |
вал |
Ц |
ала |
ала |
ала |
ала |
|
А |
асп |
асп |
глу |
глу |
|
Г |
гли |
гли |
гли |
гли |
Генетический код триплетен, т. е. каждую аминокислоту кодируют три рядом стоящих нуклеотида (кодон). Триплеты УАА, УАГ и УГА являются стоп-кодонами.
Генетический код вырожден, т. е. 18 из 20 аминокислот кодируются более чем одним кодоном. Например, каждая из 5 аминокислот – пролин, треонин, валин, аланин и глицин – кодируются четырьмя различными кодонами, а лейцин, аргинин и серин – шестью.
В основе генетической инженерии лежит технология получения рекомбинантной ДНК. Эта технология включает ряд последовательных процедур, в ходе которых осуществляется перенос ДНК одного организма в другой.