- •Определение предмета молекулярная биология
- •Основные этапы развития молекулярной биологии
- •Основные открытия
- •Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот
- •1. 1928Г. Опыты Фредерика Гриффита.
- •2. 1952Г. Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз.
- •3. 1957Г. Опыты Френкеля - Конрата
- •Принципы строения днк
- •Формы двойной спирали днк
- •Отличия между днк и рнк
- •Виды рнк
- •Функции днк
- •1. Днк является носителем генетической информации. Функция обеспечивается фактом существования генетического кода.
- •2. Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов. Функция обеспечивается процессом репликации.
- •3. Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов. Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.
- •Аминокислоты
- •Классификация аминокислот, входящих в состав белков, по принципу полярности (неполярности) радикала
- •Первичная структура белка
- •Третичная структура белка
- •Четвертичная структура белка
- •Серповидно-клеточная анемия, как пример влияния первичной структуры на третичную и четвертичную.
- •Глобулярные и фибриллярные белки.
- •95% Белков имеют гидрофобное ядро.
- •5% Фибриллярные белки.
- •Функции белков
- •Свойства генетического кода
- •1. Триплетность
- •2. Вырожденность.
- •3. Наличие межгенных знаков препинания.
- •4. Однозначность.
- •5. Компактность, или отсутствие внутригенных знаков препинания.
- •6. Универсальность.
- •Принципы транскрипции:
- •Субъединичный состав рнк-полимеразы е.Coli
- •Особенности структуры промотора
- •Этапы транскрипции
- •1. Узнавание и прочное связывание
- •2. Инициация заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между пурин-трифосфатом (атф или гтф) и следующим нуклеотидом. После инициации - фактор покидает фермент.
- •3. Элонгация - последовательное наращивание цепи рнк (или продолжение транскрипции).
- •4. Терминация.
- •Позитивный контроль работы lac-оперона
- •Структура транспортной рнк
- •Рекогниция
- •1. Активирование аминокислоты.
- •2. Присоединение аминокислоты к tРнк - аминоацилирование.
- •Структура рибосом
- •Каталитические центры рибосом
- •Синтез полипептидов на рибосоме
- •Регуляция образования рибосомных рнк и белков рибосом e.Сoli
- •73 Гена должны работать координированно, чтобы не было избытка белков или rРнк.
- •Транскрипция у эукариот
- •Как образуются рибосомы у эукариот
- •Особенности транскрипции эукариот
- •1. Кепирование 100% mРнк
- •4.Редактирование Показано лишь для нескольких mРнк.
- •Кепирование
- •Назначение "Сар"
- •1. Защита 5'-конца mРнк от действия экзонуклеаз.
- •2. За счет узнавания "Сар"-связывающими белками происходит правильная установка mРнк на рибосоме.
- •Полиаденилирование
- •Сплайсинг
- •Альтернативный сплайсинг mРнк кальцитонинового гена у млекопитающих (крыса)
- •Автосплайсинг
- •Малые рнк
- •Репликация днк
- •Принципы репликации
- •Доказательство полуконсервативного характера репликации
- •Понятие о матрице и затравке
- •1960Г. Гипотетическая модель.
- •Сравнительные характеристики днк-полимераз e. Сoli
- •1974 Г. Оказаки.
- •Топологические проблемы репликации днк
- •Геликазы
- •Топоизомеразы
- •Проблема репликации концов линейных молекул
- •Причины ошибок при синтезе днк
- •In vitro происходит 1 ошибка на 100 тыс. Нукл. Для средней днк-полимеразы.
- •In vitro можно уменьшить вероятность ошибки до 1 на 1млн. Нукл., если добавить ssb, геликазу и лигазу.
- •Этапы проверки
- •Вероятность ошибок для ферментов вирусов, про- и эукариот
- •Основные репарабельные повреждения в днк и принципы их устранения
- •1. Апуринизация.
- •2. Дезаминирование.
- •3. Тиминовые димеры.
- •Размер генома
- •"Избыточность" эукариотического генома
- •1. Большой размер генов (за счет наличия интронов).
- •2. Присутствие повторенных последовательностей. Повторяются и гены, и некодирующие участки. У эукариот некоторые последовательности повторены сотни и тысячи раз.
- •Общая характеристика гистонов
- •Четыре уровня компактизации днк
- •1. Нуклеосомный.
- •2. Супербидный, или соленоидный.
- •3. Петлевой уровень.
- •4. Метафазная хромосома.
- •Основы метода ренатурации днк
- •Быстрые повторы
- •3. Сателлитная днк всегда располагается тандемно по 100-200 единиц в блоке. Образуются длинные последовательности в геноме.
- •4. У недавно образовавшихся на одной территории близких видов сателлитная днк заведомо разная.
- •Умеренные повторы
- •Уникальные гены
- •Другая классификация генов
- •Умеренные фаги
- •Эффекты, вызываемые мобильными элементами
- •Молекулярные основы канцерогенеза
- •Теории рака
- •Обратная транскрипция
- •Гипотезы возникновения жизни
- •Теория биопоэза
- •1. Образование биомономеров.
- •2. Образование биополимеров и их эволюция. Образование систем с обратной связью.
- •3. Образование мембранных структур и пробионтов (первых клеток).
- •2 Стадия биопоэза.
- •Стадия 3.
- •Эволюция пробиотов
1. Кепирование 100% mРнк
2. Полиаденилирование ~95% mРНК
3.Сплайсинг ~95% mРНК. Сплайсингу подвергаются только полиаденилированные mРНК.
4.Редактирование Показано лишь для нескольких mРнк.
Все стадии процессинга mРНК происходят в РНП-частицах (рибонуклеопротеидных комплексах.
По мере синтеза про-mРНК, она тут же образует комплексы с ядерными белками - информоферами. И в ядерные, и в цитоплазматические комплексы mРНК с белками (информосомы) входят sРНК.
Таким образом, mРНК не бывает свободной от белков.
На всем пути следования до завершения трансляции mРНК защищена от нуклеаз. Кроме того, белки придают ей необходимую конформацию.
Определение: полисома - комплекс mРНК с несколькими или многими рибосомами.
В составе информосом mРНК может жить от нескольких минут до нескольких дней, не подвергаясь действию нуклеаз. (Так, mРНК живут неделями в ооцитах, предшественниках яйцеклеток).
Кепирование
Кепирование - надевание "шапочки".
"Сар" представляет собой метилированный ГТФ, присоединенный в необычной позиции 5'-5' и две метилированные рибозы в первых двух нуклеотидах mРНК. По мере образования про-mРНК (еще до 30-ого нуклеотида), к 5'-концу, несущему пуринтрифосфат, присоединяется гуанин, после чего происходит метилирование.
ГТФ + гуанинтрансфераза (Е) Е~фГ + ф-ф
5'ф-ф-ф-Пур-ф-Х-ф-Y-ф-Z-...+E~фГГ5'-ф-ф-ф-5'-Пур-ф-Х-ф-Y-ф-Z...
(метилирование) Гm-ф-ф-ф-Пурm-ф-Хm-ф-Y-ф-Z-...
Назначение "Сар"
1. Защита 5'-конца mРнк от действия экзонуклеаз.
2. За счет узнавания "Сар"-связывающими белками происходит правильная установка mРнк на рибосоме.
Полиаденилирование
Когда синтез про-mРНК завершен, то на расстоянии примерно 20 нуклеотидов в направлении к 3' - концу от последовательности 5'-AAУAA-3' происходит разрезание специфической эндонуклеазой и к новому 3'-концу присоединяется от 30 до 300 остатков АМФ (безматричный синтез).
Каждый вид mРНК имеет "поли-А хвост" определенной длины. Он защищает 3'-конец от гидролиза, т.к. покрыт полиА-связывающими белками.
В значительной степени время жизни mРНК коррелирует с длиной полиА-хвоста.
mРНК ряда генов не полиаденилируется (например гистоновых генов).
Полиаденилированные про-mРНК подвергаются сплайсингу.
Сплайсинг
В 1978г. Филипп Шарп (Массачусетский технологический институт) открыл явление сплайсинга РНК (от англ. to splace - сшивать без узлов).
Определение: экзоны - кодирующие участки генов.
Определение: интроны - некодирующие участки генов.
На долю интронов приходится в 5-7 раз больше нуклеотидных пар, чем на долю экзонов. Количество экзонов в гене больше, чем интронов.
Определение: сплайсинг - вырезание копий интронов из про-mРНК и сшивание копий экзонов с образованием mРНК.
Копии интронов гидролизуются до нуклеотидов.
Сплайсинг показан для большинства mРНК и некоторых tРНК. У простейших найден автосплайсинг rРНК. Сплайсинг показан даже для археобактерий.
Не существует единого механизма сплайсинга. Описано по крайней мере 5 разных механизмов.
В ряде случаев сплайсинг осуществляют ферменты-матюразы.
В некоторых случаях в процессе сплайсинга участвуют sРНК.
В случае автосплайсинга процесс происходит благодаря третичной структуре про-РНК.
Для mРНК высших организмов существуют обязательные правила сплайсинга:
Правило 1. 5' и 3' концы интрона очень консервативны: 5'(ГT-интрон-AГ)3' .
Правило 2. При сшивании копий экзонов соблюдается порядок их расположения в гене, но могут быть выброшены некоторые из них.
Представление об интроне, как пустой, ничего не кодирующей последовательности, неверно. Некоторые интроны кодируют ферменты-матюразы, вырезающие копии этих интронов. На вопрос, зачем эукариотическим геномам экзон - интронная структура, можно ответить только в единичных случаях. Почему эукариотические гены "разорваны", будет рассмотрено в конце курса.