Тема 10. Репликация днк

Цель: изучить процесс самоудвоения молекулы ДНК

Основные вопросы темы:

1. Значение репликации ДНК

2. Этапы репликации

3. Репликон

4. Белки, участвующие в репликации ДНК

Информационный блок

Репликация - это важнейший внутриядерный процесс. Это способность к самокопированию, приводит к удвоению количества ДНК. Репликация происходит благодаря особенностям химической организации молекулы ДНК, состоящей из двух комплементарных цепей.

В процессе репликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплементарная ей цепь.

В итоге из одной двойной спирали ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Такой способ удвоения, при котом каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь называется полуконсервативным.

Процесс репликации ДНК согласован с клеточным делением и требует совместного действия многих белков. В нем участвуют:

1. ДНК-хеликаза и дестабилизирующие белки; они расплетают двойную спираль родительской ДНК и формируют репликационную вилку.

2. ДНК-полимеразы, которые катализируют синтез полинуклеотидной цепи ДНК в направлении 3'-5, копируя в репликационной вилке матрицу с высокой степенью точности. Поскольку две цепи двойной спирали ДНК антипараллельны, в направлении 5'-3' непрерывно синтезируется лишь одна из двух цепей, ведущая; другая цепь, отстающа, синтезируется в виде коротких фрагментов Оказаки. ДНК-полимераза способна к исправлению собственных ошибок, но не может самостоятельно начать синтез новой цепи.

3. ДНК-праймаза, которая катализирует короткие молекулы РНК-затравки. Впоследствии фрагменты РНК удаляются - их заменяет ДНК.

4.Теломераза, заканчивающая построение недорепликацированых 3'-концов линейных молекул ДНК.

5. ДНК-топоизомеразы, помогающие решить проблемы кручения и спутывания спирали ДНК.

6. Инициаторные белки, связывающиеся в точке начала репликации и способствующие образованию нового репликационного глазка с одной или двумя вилками. В каждой из вилок вслед за инициаторными белками к расплетенной ДНК сначала присоединяется белковый комплекс, состоящий из ДНК-хеликазы и ДНК-праймазы (праймосома).

Затем к праймосоме добавляются другие белки и возникает "репликационная машина", которая и осуществляет синтез ДНК.

Самостоятельная работа студентов:

Раб 1. Зарисуйте в альбом схему процесса репликации, с обозначением всех компонентов и участников этого действия:

Виды контроля:

1. Контроль исходного уровня знаний

2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов

3. Контроль итогового уровня знаний

Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.

Тема 11. Генетический код.

Цель: Изучение строения и свойств генетического кода

Задачи обучения:

Изучить химическую организацию ДНК и способы записи генетической информации

Ознакомиться со свойствами генетического кода

Изучить уникальные и повторяющиеся последовательности молекулы ДНК.

Основные вопросы темы:

2. Понятие триплетности кода.

3. Основные свойства генетического кода.

4. Роль нонсенс-кодонов и старт-кодонов.

5. Структурные отличия ДНК от РНК.

6. Уникальные и повторяющиеся последовательности молекулы ДНК.

Информационный блок:

Все многообразие жизни обусловлено разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции.

Структура белков определяется набором и последовательностью расположения аминокислот в их пептидных цепях.

Именно эта последовательность аминокислот в пептидах зашифрована в молекулах ДНК с помощью биологического (или генетического кода).

В 1954г. Г. Гаммовым было высказано предложение, что кодирование информации в молекулах ДНК должно осуществляться сочетаниями нескольких нуклеотидов.

Т.к. в природе обнаружено 20 различных аминокислот, составляющих многообразие белков, для их шифровки необходимо три нуклеотида, т.е. триплетный код. В этом случае из четырех нуклеотидов образуется: 4³=64 триплета. (Если бы код состоял из 2-х нуклеотидов, то можно было зашифровать только 16 аминокислот 4²=16).

Полная расшифровка генетического кода проведена в 60 годы 20 века. Из 64-х триплетов ДНК 61 триплет кодирует различные аминокислоты, а 3 триплета называются бессмысленными, или «нонсенс-триплетов». Они не шифруют аминокислоты, а выполняют функцию знаков препинания при считывании наследственной информации (АТТ, АЦТ, АТЦ).

Генетический код

• Генетический код–это последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК или и-РНК, которая определяет последовательность аминокислот в белках.

• Генетический код триплетен.

• Большинство кодонов генетического кода различаются по третьему нуклеотиду.

• Генетический код написан на языке РНК, так как она является посредником в синтезе белков.

Генетический код в кодонах РНК

Ala/A	GCU, GCC, GCA, GCG	Leu/L	UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R	CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG	Lys/K	AAA, AAG
Asn/N	AAU, AAC	Met/M	AUG
Asp/D	GAU, GAC	Phe/F	UUU, UUC
Cys/C	UGU, UGC	Pro/P	CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q	CAA, CAG	Ser/S	UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Glu/E	GAA, GAG	Thr/T	ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G	GGU, GGC, GGA, GGG	Trp/W	UGG
His/H	CAU, CAC	Tyr/Y	UAU, UAC
Ile/I	AUU, AUC, AUA	Val/V	GUU, GUC, GUA, GUG
START	AUG	STOP	UAG, UGA, UAA

СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА:

1. Код триплетен- одна аминокислота шифруется тремя нуклеотидами, т.е. единицей генетического кода является триплет или кодон.

2. Вырожденность или избыточность кода- многие аминокислоты шифруются несколькими триплетами.

3. Код специфичен- каждый триплет кодирует одну определенную аминокислоту.

4. Универсальность кода- это полное соответствие кода у различных видов живых организмов на земле.

5. Непрерывность кода- последовательность нуклеотидов считывает триплет за триплетом без пропусков и знаков препинания.

6. Неперекрываемость кода- соседние триплеты или кодоны не перекрывают друг друга, а каждый отдельный нуклеотид входит в состав только одного триплета.

Самостоятельная работа студентов:

Раб 1. Фрагмент полипептида имеет следующую последовательность аминокислотных остатков: Мет – Фен – Тир – Три. Напишите все возможные варианты последовательностей нуклеотидов участка иРНК, с которого произошла трансляция этого пептида.

Раб 2. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующий состав нуклеотидов: 3^/..... ААААГААТАГГГГТТАТААТГАЦА..... 5^/. Сколько АК (аминокислот) может быть закодировано в данном фрагменте ДНК? Напишите последовательность АК полипептида, закодированного в данном фрагмента ДНК. Как изменится аминокислотный состав полипептида, если в трех последних кодочах третий нуклеотид заменить на тимидиловый?

Раб 3.

На основании таблицы генетического кода , составить другую таблицу, где следует указать:

Избыточные кодоны	Одиночные кодоны	Инициирующие кодоны	Терминирующие кодоны