MOLEKULJARNO-GENETICHESKII_UROVEN

дочерние молекулы ДНК. Каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь

(полуконсервативный способ удвоения). Репликация в клетке происходит перед каждым еѐ делением в синтетический период интерфазы (S-период).

Единицей репликации является репликон – участок ДНК,

способный к самостоятельной репликации. У бактерий и вирусов имеется обычно один репликон на клетку, тогда как у эукариот их содержится много. Репликация начинается в сайте инициации.

Двойная спираль ДНК расплетается в точках инициации репликации и образуются репликационные глазки, состоящие из двух репликационных вилок, ведущих синтез в противоположных направлениях (двунаправленная репликация), как показано схематически на рис. 2.

Рис. 2. Схема репликационных единиц в ДНК эукариот.

О – точка начала репликации

10

В синтезе полинуклеотидных цепей ДНК участвует фермент ДНК-полимераза, которая наращивает новую цепь в направлении

5' → 3'. Однако синтез дочерних цепей ДНК осуществляется неодинаково. Одна из них создается непрерывно и называется лидирующей. Другая называется отстающей, так как она собирается из отдельных коротких участков (фрагментов Оказаки), которые потом соединяются вместе ДНК-лигазами. Такой феномен наблюдается из-за антипараллельности материнских цепей ДНК.

ФЕРМЕНТЫ и другие БЕЛКИ, обеспечивающие репликацию ДНК:

Геликаза – расплетает двойную спираль ДНК, разрушая водородные связи между комплементарными азотистыми

основаниями.

РНК-полимераза (или ДНК-праймаза) – инициирует синтез ДНК, образуя РНК-затравки (праймеры).

ДНК-полимераза – синтезирует полинуклеотидную цепь ДНК в направлении 5' → 3'.

ДНК-лигаза – сшивает вместе фрагменты Оказаки после удаления РНК-праймера и его замещения на нуклеотиды ДНК.

ДНК-топоизомераза – помогает раскручиванию ДНК и работе геликазы, снимая напряжение на спирали материнской молекулы.

Дестабилизирующие белки – негистоновые ядерные белки,

связываются с разъединенными цепями ДНК, поддерживают

репликационную вилку открытой.

11

Задание 6. Полуконсервативная репликация ДНК в

репликационной вилке

Изучите (рис. 3) особенности синтеза дочерних полинуклеотидных цепей ДНК в репликационной вилке.

Рис. 3. Схема репликационой вилки ДНК

Р е ш и т е з а д а ч и :

Задача 1. В одной из цепей фрагмента ДНК нуклеотиды

расположены в следующей последовательности: 5'

...ЦЦЦГЦЦАЦЦТГЦГГА... 3'. Напишите последовательность нуклеотидов в комплементарной цепи ДНК. Укажите направление синтеза новой цепи.

Задача 2. Участок ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

12

Напишите нуклеотидный состав дочерних ДНК, отметьте старую и новую полинуклеотидные цепи, их 5'- и 3'-концы. Какие химические группы стоят на 5'- и 3'-концах ДНК?

Задание 7. Генетический код

Генетический код – это система кодирования информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов ДНК (РНК) (таблица 4). Единицей генетического кода является кодон (триплет) – последовательность из трех нуклеотидов. В составе генетического кода 64 кодона, из них кодирующих аминокислоты – 61, а некодирующих (стоп-кодоны) – 3.

Кодон АУГ, кодирующий аминокислоту метионин, выполняет функцию кодона-инициатора (старт-кодона) – с него начинается считывание генетической информации с иРНК. Первой к месту синтеза белка – рибосоме подходит тРНК с аминокислотой метионин.

У эукариот только один старт-кодон, тогда как у прокариот их может быть несколько.

Свойства генетического кода: триплетность – каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех нуклеотидов;

специфичность – каждый кодон кодирует одну определенную аминокислоту; вырожденность (избыточность) – почти каждая аминокислота (кроме метионина и триптофана) может быть закодирована двумя или более разными кодонами; универсальность – принцип кодирования аминокислот у всех видов одинаков.

13

Таблица 4

Генетический код (в кодонах ДНК и иРНК)

Правила пользования таблицей Первый нуклеотид в кодоне берется из левого вертикального

ряда, второй – из верхнего горизонтального ряда и третий – из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трех нуклеотидов, и находится сокращенное название искомой аминокислоты.

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Сколько в генетическом коде кодонов? Сколько из них кодируют аминокислоты? Сколько кодонов не кодируют аминокислоты, как они называются?

14

Напишите аминокислоты, закодированные: а) одним; б) двумя;

в) тремя; г) четырьмя; д) шестью кодонами.

Какие из кодонов не кодируют аминокислоты, а выполняют функцию стоп-сигнала (терминации) трансляции? Напишите их нуклеотидный состав в кодонах ДНК и РНК.

Какой кодон у эукариот не только кодирует аминокислоту, но и является стартовым кодоном (инициатором) трансляции?

Р е ш и т е з а д а ч у :

Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

3' ...ААААГААТАГГГГТТАТААТГАЦА... 5'.

Сколько аминокислот закодировано в данном фрагменте ДНК?

Напишите их последовательность в молекуле полипептида. Как изменится аминокислотный состав полипептида, если в трех последних кодонах третий нуклеотид заменить на тимидиловый?

Задание 8. Геном

Раздел генетики, изучающий геномы организмов, называется

геномика. Геном – это генетическая система клетки, включающая ДНК ядра и митохондрий (у растений – пластид). В ядерном геноме человека (данные 2011 г.) более 3,2 млрд. нyклeoтидoв на гаплоидный набор. Определение порядка расположения последовательности нуклеотидов в ДНК проводится путем секвенирования генома.

Ознакомьтесь по таблице 5 с областями применения знаний о геноме человека.

15

Таблица 5

Применение знаний о геноме человека

Секвенирование генома человека

ДосимтоматиФармакогенетика ческая

диагостика

Задание 9. Организация генома прокариот

Наследственный материал прокариотической клетки содержится в единственной молекуле ДНК, которая располагается в цитоплазме и не ограничена мембраной (цитологическая структура – нуклеоид).

Кроме хромосомной ДНК, в геноме прокариот присутствуют генетические элементы (плазмиды), определяющие разные функции и процессы, происходящие в бактериальной клетке.

Ознакомьтесь по таблице 6 с организацией генома прокариот.

Таблица 6

Генетический материал бактериальной клетки

17

Задание 10. Ядерный и митохондриальный геномы человека

Изучите по таблице 7 особенности организации и

функционирования ядерного и митохондриального геномов человека.

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

По материнской или отцовской линии передается митохондриальная ДНК?

Как называют всю совокупность генетического материала,

заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организма (генотип, геном, кариотип)?

Задание 11. Проверка усвоения материала

Проверьте усвоение материала занятия по тестовым заданиям с выбором одного или нескольких правильных ответов (стр. 78).

А у д и т о р н а я р а б о т а

Задание 12. Генетическое кодирование

Р е ш и т е з а д а ч и :

Задача 1. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

ЦАЦГТАААТТГАГГЦТТЦЦТЦАТТ.

Сколько аминокислот может быть закодировано в данной цепи ДНК? Какие аминокислоты кодируют 1-й, 5-й, 6-й кодоны?

Напишите кодоны синонимы иРНК, кодирующие аминокислоту валин (Вал).

Задача 2. Фрагмент белка Д имеет следующий состав аминокислот:

...мет-фен-тир-асп-гис-цис...

Напишите нуклеотидный состав иРНК и ДНК (используя один из кодонов-синонимов), в которых закодирован данный белковый

19