ТЕМА 16. ВВЕДЕНИЕ В МОЛЕКУЛЯРНУЮ ГЕНЕТИКУ

 

Молекулы ДНК в хромосомах представляют самые гигантские макромолекулярные образования в клетках. В клетках встречаются также более мелкие молекулы ДНК в форме вирусных ДНК, плазмид, ДНК митохондрий (у эукариот) и ДНК хлоропласт. Многие ДНК, особенно те, которые встречаются в бактериях, митохондриях и хлоропластах, являются циркулярными (круговыми). Вирусные и хромосомальные ДНК имеют одну главную особенность: они много длиннее собственно вирусных частиц или клеток, в которых они упакованы. Общее содержание молекул ДНК в клетке эукариот существенно больше, чем в бактериальной клетке.

Гены - это сегменты хромосомы, которые содержат информацию о функциональном полипептиде (белке) или РНК. В дополнение к этим структурным генам, хромосомы содержат ряд регуляторных последовательностей, включающихся в репликацию, транскрипцию и иные процессы молекулярной генетики. Большинство клеточных ДНК имеют суперспиральную форму, многократно скрученную цепь. В хроматине клеток эукариот фундаментальной единицей организации является нуклеосома, включающая в себя ДНК и белковую частицу, которая содержит 8 гистонов: две копии каждого из гистонов Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Сегменты ДНК (около 146 пар оснований), накрученные вокруг белкового кора, образуют левую соленоидальную суперспираль. Нуклеосомы в свою очередь организованы в 30 нм нити (фибрины), которые также плотно уложены.

Главный принцип молекулярной генетики включает три процесса клеточной утилизации генетической информации.

 

Репликация ДНК

Транскрипция

 

РНК

Трансляция

 

Белок

 

 

Первая стадия включает репликацию - копирование родительской ДНК с образованием дочерней молекулы ДНК, имеющей идентичную последовательность нуклеотидов.

Вторая стадия, транскрипция, представляет процесс, в котором части закодированной генетической информации точно копируются в форме молекул РНК.

Третья стадия, трансляция, в которой генетическая информация, закодированная в информационных РНК, транслируется на рибосомах в белки с специфичной аминокислотной последовательностью.

Аминокислотам отвечают определенные информационные единицы РНК, называемые кодонами.

Стандартный генетический код является универсальным для всех видов живых организмов, минимальные отклонения существуют лишь в митохондриях. Синтез белка идет на рибосомах. На первой стадии синтеза аминокислоты в цитозоле активируются ферментом аминоацил-т-РНК-синтетазой.

 

 

СТАНДАРТНЫЙ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

 

UUU	Phe	UCU	Ser	UAU	Tyr	UGU	Cys
UUC	Phe	UCC	Ser	UAC	Tyr	UGC	Cys
UUA	Leu	UCA	Ser	UAA	Stop	UGA	Stop
UUG	Leu	UCG	Ser	UAG	Stop	UGG	Trp
CUU	Leu	CCU	Pro	CAU	His	CGU	Arg
CUC	Leu	CCC	Pro	CAC	His	CGC	Arg
CUA	Leu	CCA	Pro	CAA	Gln	CGA	Arg
CUG	Leu	CCG	Pro	CAG	Gln	CGG	Arg
AUU	Ile	ACU	Thr	AAU	Asn	AGU	Ser
AUC	Ile	ACC	Thr	AAC	Asn	AGC	Ser
AUA	Ile	ACA	Thr	AAA	Lys	AGA	Arg
AUG*	Met	ACG	Thr	AAG	Lys	AGG	Arg
GUU	Val	GCU	Ala	GAU	Asp	GGU	Gly
GUC	Val	GCC	Ala	GAC	Asp	GGC	Gly
GUA	Val	GCA	Ala	GAA	Glu	GGA	Gly
GUG	Val	GCG	Ala	GAG	Glu	GGG	Gly

 

*/ AUG - служит также кодоном инициатором синтеза белка.

 

 

Генетическая инженерия

 

Изучение структуры генов, их функций оказало огромное влияние на создание технологий рекомбинантных ДНК. Изоляция гена от обширной хромосомы потребовала развития методов расчленения и соединения фрагментов молекулы ДНК, встраивания маленького вектора чужеродной ДНК в нативную цепь, а затем в клетку, в которой он может клонироваться. В результате клетка приобретает новые функции, секретируя новые вещества.

Успехи в генетической инженерии революционизировали многие отрасли медицины, сельского хозяйства, промышленной биотехнологии. Первым организмом, использованным для клонирования рекомбинантной ДНК, стала Е. коли. Продукты рекомбинантных ДНК простираются от белков до сконструированных организмов. Большое количество белков, представляющих интерес для медицины, ветеринарии, сельского хозяйства получаются в настоящее время с помощью этой технологии. Первым коммерческим продуктом, полученным методом рекомбинантной ДНК, стал инсулин человека, который начиная с 1982г. стал использоваться для лечения тяжелых форм диабета, а в настоящее время вытеснил инсулины животного происхождения. Позже таким способом были получены природные антикоагулянты крови, IX, VIII и VII факторы свертывания крови, гормон роста, интерферон, интерлекины, эритропоэтины, многие вакцины, факторы роста растений.

 

Выводы.

1. Клонирование клеток микроорганизмов.

2. Отбор рекомбинантных плазмид.

3. Методы тестирования НК с помощью полимеразной цепной реакции.

 

 

Тестовые вопросы

1. Какая нуклеиновая кислота участвует в передаче наследственной информации в клетке?

а) информационная РНК;

б) транспортная РНК;

в) рибосомная РНК;

2. Химическое строение генов?

а) сочетание четырёх азотистых оснований;

б) сочетаний трёх азотистых оснований;

в) сочетание пяти азотистых оснований.

3. В какой части клетки происходит синтез белка?

а) рибосоме;

б) ядре;

в) цитоплазме.

4. В чём главное отличие строения ДНК от РНК?

а) в азотистом основании;

б) в углеводном остатке;

в) в нахождении в клетке;

 

Тесты по дисциплине

 

1. В чём главное отличие строения ДНК от РНК?

а) в азотистом основании;

б) в углеводном остатке;

в) в нахождении в клетке;

 

2. Какова структура инсулина?

а) белковое вещество;

б) углеводное вещество;

в) витаминное вещество;

г) минеральное вещество.

 

3. Какой фермент катализирует реакцию декарбоксилирования аминокислот?

а) декарбоксилаза;

б) липаза;

в) гидролиза;

г) трансфераза.

 

4. Какое количество энергии выделяется при окислении глюкоза?

а) 628 ккал;

б) 100 ккал;

в) 50 ккал;

г) 25 ккал.

 

5. Из каких органических веществ состоит молекула жира?

а) жирные кислоты и многоатомный спирт;

б) жирные кислоты и азотистые основания;

в) фосфорная кислота и многоатомный спирт.

 

6. Какова средняя суточная потребность в витаминах?

а) 50 гр.;

б) 200 мг.;

в) 100 мг.;

г) 10 мг.

 

7. Назовите основное вещество с которого начинается процесс гликолиза?

а) углеводы;

б) жиры;

в) белки;

г) витамины.

 

8. Что такое «провитамины»

а) предшественники жирорастворимых витаминов;

б) предшественники водо-растворимых витаминов;

в) витаминоподобные соединения.

 

9. Какой связью соединяются остатки аминокислот в белковой молекуле?

а) пептидной;

б) водородной;

в) сложноэфирной.

 

10. Как классифицируют аминокислоты?

а) по количеству аминных и карбоксильных групп;

б) по химическому строению боковой цепи;

в) по количеству SH – групп.

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. A. Lehninger, D. Nelson, М. Сох. Principles of Biochemistry. Worth Publishers. New York, 1993.

2. W. M. Becker, D. W. Deamer. The World of the Cell. The Benjamin Publisher. CA, 1991.

3. The Molecules of Life. Sci. Amer., 1985, p. 253.

4. Structure and Function of Proteins. Trends Bioch. Sci, 1989, p. 14.

5. A. Fersht. Enzyme Structure and Mechanism. Freeman and Company. New York, 1985.

6. M. K. Jain. Introduction to Biological Membranes. John Wiley. Inc. New York, 1988.

7. R. W. Bincley. Modern Carbohydrate Chemistry. CA, 1988.

8. P. B. Hackett at al. Introduction to Recombinant DNA Techniques. The Benjamin Publishing. CA, 1988.

9. T. M. Devlin. Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations. Third Edition. A John Willey & Sons, Inc., Publication. New York, 1992.

10. В.П. Панов, А.В. Панов. Введение в биохимию. М.: МГТА, 2001.

 

Для замечаний

 

 

Панов Валерий Петрович

Якунина Елена Сергеевна

Биохимия

Конспект лекций

Подписано к печати:

Тираж:

Заказ №

 

⇐ Предыдущая234567891011

Поделиться: