Биохимические основы наследственности

1.

2.

ДНК содержит информацию о структуре
белков, синтезируемых различными
клетками организма.
Ген – участок молекулы ДНК, содержащий
информацию о первичной структуре
одного белка. В молекуле ДНК может быть
несколько сотен генов.
Ген – это единица наследственности и
изменчивости.
Каждый ген занимает определенный
локус (место) в определенной хромосоме.

3.

Геном -
гаплоидный набор всех генов,
который передается каждым родителем
новым поколениям.
Объединение
геномов родительских гамет при
оплодотворении создает геномный уровень
организации наследственного материала,
который соответствует генотипу организма
(клетки).
Генотип - вся генетическая информация
организма.
Генетический код - система записи
генетической информации в ДНК и РНК в
виде определенной последовательности
нуклеотидов

4.

Кроме липидов, углеводов и белков,
живая материя содержит и 4 класс
веществ – нуклеиновые кислоты.
Они были открыты в 1868 году, т.е.
через три года после того, как Г.
Мендель сформулировал законы
наследования признаков.
Первооткрывателем нуклеиновых
кислот был Фридрих Мишер. Он
изучал ядра клеток гноя и
сперматозоидов лосося. Он выявил
богатое фосфором кислое вещество
и назвал его нуклеином.
Позднее это вещество было названо
нуклеиновой кислотой (лат. Nucleus ядро). Это название сохранилось и
до наших дней.

5.

Однако прошло целых 80 лет с
момента открытия этого
вещества прежде, чем было
понято, что это вещество
составляет генетический
материал клетки, и 10 лет как
этот факт получил научное
признание.
Структура ДНК была
расшифрована Дж. Уотсоном,
Ф. Криком в 1953 году.
Дж. Уотсон, демонстрирующий
структуру ДНК, предложенную
Уотсоном и Криком, на Симпозиуме в
Колд-Спринг-Харборе

6.

Молекула ДНК имеет вид длинной двойной цепи
нуклеотидов (двойная спираль). Осевая цепь
каждой спиральной нити состоит из
повторяющихся остатков сахара (дезоксирибозы)
(пятиугольники) и фосфата (кружки). Осевые
цепи соединены водородными связями между
спаренными основаниями.

7.

Две цепи углеводно-фосфатного остова,
соединенные между собой парами
оснований А - Т (аденин – тимин) и Г – Ц
(гуанин – цитозин)

8.

Молекула ДНК, изображенная в виде
прямой лесенки, на самом деле свернута в
двойную спираль

9.

Рис. 5.

10.

Итак,
нуклеиновые кислоты - это
последовательности связанных между
собой нуклеотидов.
Нуклеотиды соединяются в цепочку путем
образования ковалентных
(фосфодиэфирных) связей между
дезоксирибозой одного и остатком
фосфорной кислоты другого нуклеотида.
Азотистые основания присоединяются к
дезоксирибозе и образуют боковые
радикалы.
Между азотистыми основаниями цепочек
ДНК устанавливаются водородные связи.

11.

В построении полинуклеотидов принимают
участие 4 типа нуклеотида.
Нуклеотид – это фосфорная кислота (1
молекула) + сахар (1 молекула) +
органическое основание (1 молекула).
Фосфорная кислота – одинакова, сахар в
двух вариантах: рибоза – это пятичленный
сахар, т.е. молекула содержит 5 атомов
углерода (у глюкозы 6 атомов С).
Дезоксирибоза беднее рибозы на 1 атом
кислорода.
Таким образом, соответственно двум
сахарам существует два типа
полинуклеотидов, два типа НК (ДНК и РНК).
А-Т

12.

Основная масса ДНК находится в
ядре, точнее в хромосомах.
РНК встречается в цитоплазме и, в
основном, в ядрышках.
Один из основных компонентов НК –
это органические основания
Они обладают слабовыраженными
основными свойствами.
В нуклеиновые кислоты входит два
типа оснований - пиримидины и
пурины:

13.

ДНК
- носитель генетической информации,
служащий матрицей для синтеза белка,
содержит в качестве основных компонентов
четыре изображенных азотистых основания
пурины
пиримидины

14.

При построении парных
цепочек ДНК нуклеотиды
строго соответствуют
друг другу А – Т, Г – Ц.
Строгое соответствие
(взаимодополнение)
нуклеотидов друг другу в
парных цепочках ДНК (А
– Т, Г – Ц) называется
комплементарностью.

15.

Структура нуклеотидов
РНК сходна с структурой
ДНК, но есть отличия:
Пятиуглеродный сахар –
рибоза,
Урацил вместо тимина
Молекула РНК
представлена одной
цепочкой.
Существует три типа РНК
- информационная,
транспортная,
рибосомальная.

16.

Информационная РНК
представляет
собой копию определенного участка
ДНК и выполняет роль переносчика
генетической информации от ДНК к
месту синтеза белка (рибосомы) и
непосредственно участвует в сборке
молекул белка.

17.

18.

Транскрипция (от лат. transcriptio
«переписывание») — происходящий во всех
живых клетках процесс синтеза РНК с
использованием ДНК в качестве матрицы;
перенос генетической информации с ДНК
на РНК.
Транскрипция катализируется ферментом
ДНК-зависимой РНК-полимеразой.
Транскрипция осуществляется по принципу
комплементарности

19.

Транспортные
РНК переносят
аминокислоты из
цитоплазмы в
рибосомы.
Функцией тРНК
является
транспортировка
аминокислот к
месту синтеза
белка.

20.

21.

Рибосомная рибонуклеиновая кислота (рРНК )
представляет собой тип некодирующей РНК ,
которая является основным компонентом
рибосом.
рРНК представляет собой рибозим , который
осуществляет синтез белка в рибосомах.
Рибосомная РНК транскрибируется с
рибосомальной ДНК (рДНК) и затем
связывается с рибосомными белками с
образованием малых и больших субъединиц
рибосом.

22.

Рибосомная РНК —
Рибосомные
рибонуклеиновые кислоты
(рРНК) — несколько
молекул РНК,
составляющих основу
рибосомы.
Основной функцией рРНК
является осуществление
процесса трансляции считывания информации с
мРНК при помощи
молекул тРНК и
образования пептидных
связей между
присоединенными к тРНК
аминокислотами

23.

В полинуклеотидных цепях ДНК и РНК каждые три
следующие друг за другом основания составляют триплет
(совокупность из трех компонентов).
Триплет (лат. triplus — тройной) в генетике — комбинация
из трёх последовательно расположенных нуклеотидов в
молекуле нуклеиновой кислоты.

24.

В информационных
рибонуклеиновых
кислотах (иРНК)
триплеты образуют так
называемые кодоны, с
помощью которых в
иРНК закодирована
последовательность
расположения
аминокислот в белках.

25.

В молекуле
транспортной
РНК (тРНК)
один триплет
служит
антикодоном.

26.

Для триплетов, учитывая, что оснований
всего 4, а длина цепи 3, число комбинаций
составляют 43 – 64.
Каждый триплет управляет включением в
белок определенной аминокислоты.
Так, триплет из РНК ГАУ кодирует
аспарагиновую кислоту,
Триплет
ГЦУ кодирует аланин
Триплет
ЦЦУ
пролин
Триплет
УУУ
фенилаланин

27.

Таким образом,
последовательность
триплетов оснований заключает в себе
информацию о последовательности
аминокислот в белковой молекуле.
Порядок чередования аминокислот
определяется последовательностью
триплетов.
Триплет – это сигнал, информационная
единица, кодон (в иРНК).

28.

29.

Из 64 возможных триплетов для кодирования
аминокислот достаточно 20 триплетов.
Однако каждая аминокислота может
кодироваться не одним, а несколькими
кодонами.
Так для аланина - 4 кодона (АУЦ, ГЦУ, ГЦЦ,
ГЦГ). Несколько кодонов составляют окольные
пути в случае необходимости.
Таким образом, в РНК содержится информация о
последовательности аминокислот
Эта информация записана посредством
четырехбуквенного кода, в последствие она
переводится в двадцатибуквенный код
аминокислот.

30.

31.

Информация, которая содержится в
РНК – эта информация из вторых
рук.
Подлинным источником первичной
информации является не РНК, а ДНК.
Информация с ДНК переносится
(передается) на иРНК
(транскрипция).
В основе этой передачи лежит
принцип комплементарности.

32.

33.

Поэтому, если у каждого
нуклеотида ДНК существует
комплементарный нуклеотид в
иРНК, то для каждого триплета
нуклеотидов (кодона) иРНК
существует комплементарный
триплет тРНК (антикодон).

34.

35.

Молекуле РНК
состоящей из 146 кодонов,
будут соответствовать 146 определенных
антикодонов (тРНК).
В случае РНК эти антикодоны не
объединяются друг с другом в некую антиРНК, а располагаются рядом в
специфической
антипоследовательности.
Эти антикодоны несут соответствующие
кодонам аминокислоты, которые образуют
полипептидные цепи.

36.

Синтез белка
происходит в
рибосомах.
Молекулы матричной
РНК размещаются на
поверхности рибосом в
развернутом виде, чтобы
все кодоны были
доступны.
Далее к кодонам
пристраиваются
комплементарные
антикодоны.
Эти антикодоны
называют транспортной
РНК (тРНК) или РНК –
переносчик.

37.

Молекулы транспортной
РНК выбирают из фонда
аминокислот нужную
аминокислоту и
нагруженные каждая
своей аминокислотой
направляются к
рибосомам.
Имея антикодон, данная
т-РНК находит свое
место на молекуле мРНК
сюда она и доставляет
соответствующую
аминокислоту. Процесс
перевода с языка
нуклеотидов на язык
аминокислот называется
трансляция.

38.

Первичные функции гена – хранение и
передача генетической информации.
Передача генетической информации
происходит от ДНК к ДНК при репликации
ДНК (при размножении клеток) от ДНК через
иРНК к белку. Поток генетической
информации можно изобразить следующим
образом:
Транскрипция
Трансляция
ДНК ----------- и-РНК ---------- белок

39.

40.

СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА:
1. Триплетность - одной аминокислоте в полипептидной
цепочке соответствуют три расположенные рядом нуклеотида
молекулы ДНК (иРНК). Минимальная единица функции – триплет
(кодон).
2. Вырожденность (избыточность) – количество возможных
триплетов 64, а аминокислот 20, поэтому одну аминокислоту
может кодировать несколько триплетов.
3. Неперекрываемость – один нуклеотид входит в состав только
одного триплета.
4. Универсальность – у всех живых существ одинаковые триплеты
кодируют одинаковые аминокислоты
5. Однонаправленность считывания (5=> 3)
6. Среди триплетов генетического кода есть такие, которые не
кодируют аминокислот. Они являются «nonsense”-кодонами,
обозначающими конец синтеза данной полипептидной молекулы.
К ним относятся в ДНК: АТТ, АЦТ, АТЦ; в РНК: УАА, УГА, УАГ.