Задания / Кириленко,_А_А_Биология_ЕГЭ_Раздел_«Молекулярная_биология»

Глава I. Теоретический материал

Окончание табл.

Рис. 7. Транскрипция (синтез молекулы РНК)

80

8. Метаболизм клетки

Рис. 7.1. Сплайсинг

Рис. 8. Трансляция (синтез белковой молекулы)

81

Глава I. Теоретический материал

антикодон

Рис. 9. Строение молекулы т-РНК

антикодон

т-РНК

А А Г

У У Ц и-РНК 5> III 3

кодон

Рис. 10. Комплементарность антикодона и кодона

Регуляция активности генов

Все структурообразовательные процессы и реакции обмена ве­ ществ осуществляются благодаря экспрессии определённых генов. Экспрессия — активация гена, в результате которой синтезируется РНК.

82

8. Метаболизм клетки

Существуют два вида генов (согласно гипотезе Жакоба и Моно):

структурные гены (определяют структуру ферментов или других бел­ ков) и регуляторные гены (отвечают за синтез специальных регуля­ торных белков, определяющих активность того или1 иного участка

ДНК). Комбинация нескольких регуляторных белков осуществляет

активацию синтеза структурных генов (действует белок-активатор) или торможение (действует белок-репрессор).

с операто­ ром

Рис. 11. Схема оперонной регуляции активности генов (гипотеза Жакоба и Моно)

•Группа структурных генов, управляемая одним геном-операто­ ром, образует оперон, в который также входит небольшой уча­

сток ДНК — промотор с инициатором — это место прикрепле­ ния РНК-полимеразы.

•Ген-оператор включает или выключает структурные гены для считывания информации (активны непостоянно).

•Оперон заканчивается терминатором.

•Ген-регулятор активен постЬянцо; на основе его информации синтезируется белок-репрессОр. ■

•Белок-репрессор способен блокировать ген-оператор, и тогда считывание информации со структурных генов це происходит, т. е. оперон «не работает».

83

Глава 1. Теоретический материал

Принципы репликации ДНК

1.Комплементарность — каждая цепь молекулы ДНК содержит

последовательность нуклеотидов, комплементарную последо­ вательности нуклеотидов другой цепи.

2.Полуконсервативный синтез —

каждая из двух цепей молекулы ДНК служит матрицей для син­ теза соответствующей недостаю­

щей цепи, следовательно, новые молекулы ДНК содержат одну исходную и одну новую цепь молекулы ДНК, а две дочерние молекулы ДНК полностью иден­ тичны материнской (рис. 11).

3.Антипараллельность — у ну­ клеотида в начале одной цепи находится остаток дезоксири­

бозы со свободной ОН-группой

уЗ’-атома углерода, а у ком­ плементарного ему нуклеотида в начале другой цепи находится остаток фосфорной кислоты

у5’-атома углерода дезоксири­

бозы.

4.Челночный синтез — синтез новой

цепи ДНК на матрице исходной цепи обеспечивает фермент ДНК-полимераза, который соеди­

няет нуклеотиды только в направлении от 5’ к 3’-нуклеотиду, следовательно, синтез одной цепи идёт непрерывно. Синтез

другой цепи идёт в обратном направлении фрагментами, ко­

торые впоследствии соединяются между собой в непрерывную цепь.

84

8. Метаболизм клетки

Механизм репликации ДНК

Репликация

•матричный процесс; последовательность синтезируемой цепи ДНК однозначно определяется последовательностью материн­

ской цепи в соответствии с принципом комплементарности;

•полуконсервативный процесс; одна цепь молекулы ДНК, об­

разовавшейся в результате репликации, является вновь синте­ зированной, а вторая — материнской;

•идёт в направлении от 5’-конца новой молекулы к З’-концу;

•полунепрерывный процесс; одна из цепей ДНК синтезирует­ ся непрерывно, а вторая — в виде набора отдельных коротких

фрагментов (фрагменты Оказаки);

•начинается с определённых участков ДНК (сайты инициации репликации).

85

Глава 1. Теоретический материал

Рис. 13. Репликация ДНК

Репарация ДНК

Репарация ДНК (от лат. reparatio — восстановление) — это устра­

нение ошибок в её структуре, которые возникают на этапе репли­

кации, а также после неё под воздействием химических или физи­ ческих реагентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

Источники повреждения ДНК: ультрафиолетовое излучение,

радиация, химические вещества, ошибки репликации ДНК, апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова, дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания.

Основные типы повреждения ДНК: повреждение одиночных ну­ клеотидов, повреждение пары нуклеотидов, двухцепочечные и одно­ цепочечные разрывы цепи ДНК, образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК.

Итырепарации

Прямая репарация — это наиболее простой путь устранения по­

вреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические

86

8. Метаболизм клетки

ферменты, способные быстро устранять соответствующее повре­

ждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Обычно

такая репарация направлена на устранение повреждений, не требую­ щее вырезания цепи. Например, на отщепление модифицирующих

групп.

Эксцизионная репарация (от англ, excision — вырезание) включает

удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последую­

щее восстановление нормальной структуры молекулы по комплемен­

тарной цепи. Ферментативная система удаляет короткую однонитевую последовательность двунитевой ДНК, содержащей ошибочно спаренные или повреждённые основания, и замещает их путём син­ теза последовательности, комплементарной оставшейся нити.

Пострепликативная репарация — тип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен

для полного исправления повреждения: после репликации с образо­

ванием ДНК, содержащей повреждённые участки, образуются одно­

цепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомби­ нации при помощи специального белка (RecA). Пострепликативная репарация была открыта в клетках Е. coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

Mismatch представляет собой систему обнаружения и репарации вставок, пропусков и ошибочных спариваний нуклеотидов. Суть этого процесса заключается в распознавании дефекта, определении исходной и дочерней нити ДНК, удалении ошибочно включённо­ го нуклеотида и в его замене правильным нуклеотидом. Удаляется обычно не только неправильный нуклеотид, но и часть нити ДНК вокруг него, после чего дочерняя нить восстанавливается, используя

основную нить как матрицу.

SOS-репарация активируется в ответ на повреждения ДНК, вы­

званные УФ-излучением или действием химических агентов, а также

при подавлении репликации и под действием некоторых лекарств.

87

Глава I. Теоретический материал

Правила и принципы для решения задач

по молекулярной биологии

1.Смысловая и транскрибируемая цепи ДНК антипараллельны.

2.Смысловая цепь начинается с 5'-конца, а транскрибируемая —

сЗ'-конца.

3.Кодоны и антикодоны принято писать с 5'-конца на З'-конец.

4.В таблице генетического кода кодоны записаны с 5'-конца на З'-конец.

5.Транскрипция идёт в направлении 3' -> 5', а трансляция — в на­ правлении 5' -> 3'.

6.Если в условии задачи указывается фрагмент только одной цепи ДНК, то по умолчанию считаем её транскрибируемой (3' -> 5').

7.Антикодоны т-РН К антипараллельны кодонам и-РНК.

88

8. Метаболизм клетки

8.6. Фотосинтез

Фотосинтез — процесс синтеза органических веществ из неорга­ нических за счёт энергии солнечного света, который состоит из двух фаз: световой и темновой.

89