Генетическая информация. Центральная догма молекулярной биологии

1.

Генетическая информация
НГУ
Профессор СУНЦ НГУ к. б. н. О. В. Саблина

2.

Молекулярная биология
–
наука о механизмах записи, хранения, передачи и
реализации генетической информации
Генетическая информация
–
это информация о строении и функционировании
организма, записанная последовательностью
нуклеотидов в ДНК
Реализация
генетической информации –
синтез и функционирование белков

3.

Генетическая информация –
Куда и как она передаётся?
это информация о строении и функционировании
организма, записанная последовательностью
нуклеотидов в ДНК
Реализация
генетической информации –
синтез и функционирование белков

4.

Генетическая информация –
это информация о строении и функционировании
организма, записанная последовательностью
нуклеотидов в ДНК
Куда и как она передаётся?
А Ц А
Т Г
Г
Т Т
Г
А А
Т Ц А А Ц Т
Т
ДНК

5.

Генетическая информация
Центральная
догма
А Ц А Г Т Т Г А А
УТ ГГ УТ Ц
молекулярной
Ц А
А А
А Ц
Ц УТ УТ
биологии
ГЛН
ГЛУ
ЦИС
ДНК
РНК
белок

6.

Матричный
принцип
Генетическая информация
А Ц А
Т Г
Г
Т Т
Г
А А
Т Ц А А Ц Т
ДНК
Т
Как передается информация?

7.

Матричный
Матричные принцип
синтезы
А Ц А
Г
Т Т
Г
А А
ДНК
Водородные связи
Т Г
Т Ц А А Ц Т
Т
ДНК

8.

Матричные синтезы
А Ц А
Т Г
Г
Т Т
Г
А А
ДНК
Матрица
Т Ц А А Ц Т
Т
ДНК
А А
ДНК
Репликация
А Ц А
Т Г
Г
Т Т
Г
Т Ц А А Ц Т
Т
ДНК
Матрица

9.

Матричные синтезы
А Ц А
У Г
Г
Т Т
Г
А А
ДНК
Матрица
У Ц А А Ц У У
Транскрипция
РНК

10.

Матричные синтезы
Матрица
адаптор
тРНК
адаптор
тРНК
адаптор
тРНК
ЦИС
ГЛН
ГЛУ
У Г
У Ц А А Ц У У
Трансляция
белок
мРНК

11.

Матричные синтезы
1.Репликация
Синтез ДНК по матрице ДНК
2. Транскрипция
Синтез РНК по матрице ДНК
3. Трансляция
Синтез белка по матрице мРНК
4. Репликация РНК
Синтез РНК по матрице РНК
5. Обратная транскрипция
Синтез ДНК по матрице РНК

12.

Генетическая информация –
это информация о строении и функционировании
организма, записанная последовательностью
нуклеотидов в ДНК
Как она записывается?
Язык записи генетической информации –
генетический код –
система записи информации о
последовательности аминокислот в белках
с помощью последовательности нуклеотидов
в ДНК

13.

Генетический код
В 1964 году предположил, что
последовательность аминокислот
в белках кодируется
последовательностью
нуклеотидов в ДНК
Г. А. Гамов

14.

Свойства генетического кода
1. Свойство генетического кода: однозначность
Сколько аминокислот включается
в состав белков?
Сколько нуклеотидов входит в состав ДНК?
20
4
Сколько букв должно быть в слове генетического
языка для того, чтобы обозначить каждую
аминокислоту в составе белка?
Число размещений с повторениями из n по k
nk
1?
2?
33?
2. Свойство генетического кода: триплетность
Слова генетического языка –
кодоны
или
триплеты

15.

Свойства генетического кода
1. Свойство генетического кода: однозначность
64
Сколько слов (триплетов) может быть в
генетическом языке?
Сколько нужно слов, чтобы зашифровать
все белки?
20
3. Свойство кода: вырожденность
К1
К2
К3
К1
2. Свойство генетического кода: триплетность
АК
вырожденность
АК однозначность

16.

Таблица генетического кода
Генетический код записывают на языке РНК

17.

ГГЦУЦЦЦУА…
Гли
Сер
Лей
ГГЦУЦЦЦУА…
Гли Ала Лей Сер Про Про Лей
Гли
Ала
…ГГЦ…
ГЦУ
ГЦЦ
ГЦА
ГЦГ
Вал
Сер
…ГУЦ…
УЦУ
УЦЦ
УЦА
УЦГ
Тре
Лей
…АЦУ…
ЦУУ
ЦУЦ
ЦУА
ЦУГ

18.

Свойства генетического кода
ГГЦУЦЦЦУА…
1. Свойство генетического кода: однозначность
Гли
Сер
2. Свойство генетического
кода:Лейтриплетность
3. Свойство кода: вырожденность
4. Свойство кода:ГГЦУЦЦЦУА…
неперекрываемость
Гли Ала Лей Сер Про Про Лей
Гли
Ала
…ГГЦ…
ГЦУ
ГЦЦ
ГЦА
ГЦГ
Вал
Сер
…ГУЦ…
УЦУ
УЦЦ
УЦА
УЦГ
Тре
Лей
…АЦУ…
ЦУУ
ЦУЦ
ЦУА
ЦУГ

19.

АГГГЦУЦЦЦУАУГГАУАААЦГЦЦАГГУАУАУГГАУАЦЦАГЦУГАГУ
есВотдомтчкМойдоммнемилтчкТамжилкотбелтчкЕщёжилсе
нет
Нужны разделительные знаки между словами?
Нужно начинать чтение с конца молекулы и нет
читать триплетами?
Нужно начинать чтение с «заглавной буквы» да
и читать триплетами?
Нужны разделительные знаки между генами? да
5. Свойство кода: наличие
знаков препинания
между генами,
отсутствие знаков препинания внутри гена
Знаки препинания – стоп-кодоны,
старт-кодон

20.

Таблица генетического кода

21.

А что будет, если произойдет ошибка?
есВотдомтчкМойдоммнем илтчктамжилкотбелчктещёжилсерп
лтчкТамжилкотбелтчкещёжилсер
Сдвиг рамки считывания
есВотдомтчкМойдоммнем а
илтчкТамжилкотбелтчкещёжилсе
УЦАГГУАУАУГГАГАЦЦАГЦ…
…ГГЦУЦЦЦУАУГГАУАААЦГЦ
Гли-Сер-Лей-Трп-Иле-Асн-Вал
-Ала-Арг-Тир-Мет-…
O
O
H2N
CH C
H2N
CH C
OH
OH
…ГГЦУЦЦЦУАУГГАУАААЦГЦЦАГА
Г УАУАУГГАГАЦЦАГЦ…
CH3
CH
H C
CH
3
3
Гли-Сер-Лей-Трп-Иле-Асн-Ала-Арг-Тир-Мет-
…ГГЦУЦЦЦУАУГГАУАААЦГЦЦАГГУАУАУГГАГАЦЦАГЦ…
У
O
H
CH
2N
Гли-Сер-Лей-Трп-Иле-Асн-Ала-Арг-Тир-Мет-Глу…
Вал…
H2N
CH C
OH
CH
H3C
CH3
O
O
C
OH
CH2
CH2
C
O-

22.

Таблица генетического кода

23.

А что будет, если произойдет ошибка?
айВотдомтчкМойдоммнем лтчктамжилкотбелчктещёжилсер
Сдвиг рамки считывания
айВотдомтчкМойдоммнем а
илтчкТамжилкотбелтчкещёжилсе
…ГГЦУЦЦЦУАУГГАУАААЦГ УЦАГГУАУАУГГАУАЦЦАГЦ…
Гли-Сер-Лей-Трп-Иле-Асн-Вал -Арг-Тир-Мет-…
…ГГЦУЦЦЦУАУГГАУАААЦГЦЦАГАУАУАУГГАУАЦЦАГЦ…
Гли-Сер-Лей-Трп-Иле-Асн-Ала-Арг-Тир-Мет-
6. Свойство кода: помехоустойчивость
-Ала

24.

Свойства генетического кода
1. Однозначность
2. Триплетность
3. Вырожденность
4. Неперекрываемость
5. Наличие знаков препинания между генами,
отсутствие знаков препинания внутри гена
6. Помехоустойчивость
7. Универсальность

25.

Универсальность
Значения кодонов и свойства кода одинаковы
у всех живых организмов
«Ученые расшифровали генетический код медузы»
«Мутации меняют генетический код человека»
7. Универсальность

26.

Задача № 1
Известна последовательность нуклеотидов одной
Цепи двух участков ДНК.
…ААГАТТАЦАГТАТТТАТАТТ…..АЦГГЦАГЦГГТГАЦГЦГГЦТ…
1
2
Который из этих участков будет быстрее
денатурировать при повышении температуры?

27.

…ААГАТТАЦАГТТТТАТАТ…….
39
…ТТЦТААТГТЦААААТАТА……..
……АЦГЦЦАЦЦЦГТАЦЦГГЦТ…
49
...…ТГЦГГТГГГЦАТГГЦЦГА…

28.

Задача № 2
При определении нуклеотидного состава
нуклеиновой кислоты одного из вирусов
обнаружили, что в нее входит 14% урацила
и 26%
РНК
гуанина. Что можно сказать о строении генома
этого вируса?
Геном: одноцепочечная
Если РНК двуцепочечная, то : У=А; Г=Ц.
У + Ц + А + Г = 100%
А у нас : 14+26+14+26=80

29.

Задача № 3
Чем отличаются пептиды, закодированные в
следующих участках мРНК? Какое свойство
генетического кода они иллюстрируют?
5 -ЦУУ ГГЦ УЦУ УГУ ГАЦ ЦАЦ ЦГУ-3
Лей
Гли
Сер
Цис Асп
Гис
Арг
5 -УУА ГГГ АГУ УГЦ ГАУ ЦАУ АГГ -3
Лей Гли Сер
Цис
Асп
Гис
Арг
Вырожденность

30.

Задача № 4
Даны последовательности аминокислот
участка определенного пептида у двух
близких видов животных
-Фен-Ала-Ала-Глу-Мет-Вал-Фен-Ала-Ала-Глу-Арг-ВалКакие изменения в ДНК разделили эти два
вида животных в ходе эволюции?
Арг
Мет – АУГ
АУГ
АГГ
ЦГУ
ЦГЦ
ЦГА
ЦГГ
АГА
АГГ

31.

Задача № 5
Одноцепочечный фрагмент молекулы ДНК
содержит информацию о 750 аминокислотах.
Какова длина этого фрагмента?
0,765 мкм
0,34 нм

32.

Задача № 6
Как изменится первичная структура белка, закодированного в участке ДНК с последовательностью
нуклеотидов
– ГТТ ЦТА ААА ГГЦ ЦАТ – ,
если между 8 и 9 нуклеотидом встанет
тимидиловый нуклеотид, а 5-й нуклеотид будет
удален?
– ЦАА ГАУ УУУ ЦЦГ ГУА –
– глн–асп–фен–про–вал –
– ГТТ Ц
ЦАА
ТА АА
АТА
А ГГЦ ЦАТ –
Т
– ЦАА ГУУ УАУ ЦЦГ ГУА –
– глн–вал–тир–про–вал –

33.

Задача № 7
В участке ДНК, имеющем структуру
- ГГТ АЦГ АТГ ТЦА АЦТ -,
закодирована часть белка. Это начало или конец
полипептида?
- ЦЦА УГЦ УАЦ АГУ УГА стоп-кодон