Биология. Жизнь. Молекулярно-генетический уровень организации живого

1. Приветствие

2. Немного о себе:

Хрущова Ольга Николаевна.
Я доцент кафедры биологии, закончила
лечебный факультет 2 МОЛГМИ в 1980 году, с
тех пор на кафедре.
Мне нравится преподавать.
Интересы – клиническая генетика и
генетическое консультирование. Ненаучные –
плавание, сбор грибов, английский язык.

3. Нужна ли врачу биология?

• Да, потому что это
теоретическая основа
медицины
• Да, потому что медицина
пытается противостоять
некоторым биологическим
законам, например,
естественному отбору.

4. Курс биологии в медицинском вузе

1. Цитология
2. Генетика
3. Эмбриология
4. Эволюция
5. Паразитология

5. Рекомендую как пособия по медицинской генетике

6. «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции.»

Феодосий Добржанский
Ф.Г.Добржанский 1900 - 1975

7. Тема лекции: «Биология. Жизнь. Молекулярно-генетический уровень организации живого»

Тема лекции:
«Биология. Жизнь. Молекулярногенетический уровень организации
живого»

8. План лекции

1.Биология – наука о живом.
2.Определение живого.
3.Свойства живых систем.
4.Уровни организации жизни.
5.Молекулярно-генетический уровень
организации жизни. Строение и
функции ДНК.

9. Биология – наука о живом

?
3,5 млрд.
лет назад
Химическая
эволюция
клетка
гены
200 тыс.
лет назад
мемы
Социальная
эволюция
Биологическая
эволюция
человек

10. Мем (англ. meme) — единица культурной информации. 

Мем (англ. meme) — единица культурной
информации.
Клинтон Ричард Докинз
Мемом может считаться любая идея,
символ, манера или образ действия,
осознанно или неосознанно передаваемые
посредством речи, письма, видео, ритуалов,
жестов и т. д.
Концепция мема и сам термин были
предложены эволюционным биологом
Ричардом Докинзом в 1976 году в книге
«Эгоистичный ген».

11. Что такое жизнь???

12. Существует много определений жизни, приведу некоторые

• Сент-Дьерди, лауреат Нобелевской премии: «Я не знаю, что
такое жизнь, но точно могу сказать, жива или нет моя
собака».
• Энгельс: «Жизнь – это способ существования белковых тел,
состоящий в постоянном самообновлении частей этих тел…».
• Энциклопедический словарь: «Жизнь это активное, идущее
с затратой полученной извне энергии, поддержание и
самовоспроизведение молекулярной структуры.»
• М. В. Волькенштейн: «Живые тела, существующие на
Земле, представляют собой открытые,
саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы,
построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых
кислот».
• Прочитав Р. Докинза, я бы сказала: «Жизнь – это
избирательное размножение репликаторов».

13. Видно, что дать определение жизни непросто. Поэтому учёные предпочитают описывать свойства живых объектов.

14. Свойства живого (свойства живых систем)

15. 1.Особый химический состав:

Живые организмы состоят из биополимеров
– белков и нуклеиновых кислот.

16. 2. Обмен веществ и энергии.

Живые тела – это открытые системы. Живой организм постоянно
обменивается веществом и энергией с внешней средой. В
живых телах энтропия (мера хаоса, неупорядоченности)
понижается.

17. 3. Самовоспроизведение

(на основе наследственности и изменчивости).
«Конвариантная редупликация» - редупликация живых
частиц, включая наследственные вариации.
(Тимофеев-Ресовский)

18. 4. Рост и развитие (онтогенез)

19. 5. Эволюция (Филогенез.)

20. 6. Дискретность – живые объекты представляют собой отдельные единицы

21. 7. Иерархичность – более простые живые объекты формируют сложные системы

22. Иерархичность позволяет выделить несколько уровней организации живого

23. Уровни организации живого

Уровень
организации
Элементарная
единица
Молекулярногенетический
Ген
Клеточный
Клетка
Элементарное явление
(пример)
Удвоение ДНК
Синтез белка, митоз
Онтогенетический
Особь
Популяционновидовой
Популяция, вид
Биогеоценотический
Биогеоценоз
(экосистема)
Биосферный
Биосфера Земли
Онтогенез – индивидуальное
развитие особи
Эволюция видов
Круговорот веществ и
преобразование оболочек
Земли

24. Самый низший уровень – молекулярно-генетический. Важнейшими молекулами являются белки и нуклеиновые кислоты

25. Белки – полимеры, образованные остатками аминокислот.

26. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белка (на примере гемоглобина)

27. Белки выполняют множество функций

28. Нуклеиновые кислоты

ДНК
РНК
• Сахар – дезоксирибоза • Сахар –рибоза
• Азотистые основания: • Азотистые основания:
А. У, Г, Ц
А. Т, Г, Ц
• Небольшие
• Стабильная гигантская
короткоживущие
молекула в виде
одноцепочечные
двойной спирали
молекулы

29. Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК (состоят из нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями)

Азотистое
основание
Фосфат
Пентоза
Нуклеотид

30. Нуклеотид

фосфат
С5’
С1’
С4’
С3’
С2’
пентоза
азотистое
основание

31. Схема строения нуклеотида

трифосфат

32. На паровозе впереди 5-конечная звезда, вагоны прицепляются сзади. Легко запомнить, что началом полинуклеотидной цепи всегда

является 5’-конец, а вагончики
– новые нуклеотиды – присоединяются к 3’ концу.

33. Азотистые основания образуют между собой водородные связи.

Это получило название принципа
комплементарности

34. Считается, что РНК появилась раньше ДНК

Мир РНК — гипотетический этап развития жизни на Земле,
когда и функцию хранения генетической информации, и
катализ химических реакций выполняли молекулы РНК.
Позже возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь,
обособленная мембраной от внешней среды.
Одна из версий возникновения клеток

35.

Доказательства первичности РНК - мира
Следы мира РНК остались в современных клетках:
• Главный носитель энергии в клетках — АТФ — это
рибонуклеотид.
• Синтез белка происходит с помощью различных видов РНК:
матричные РНК являются матрицей для синтеза белка;
транспортные РНК доставляют аминокислоты к рибосомам;
рибосомная РНК составляет активный центр рибосом, где
образуются пептидные связи между аминокислотами.
• Для репликации ДНК необходима РНК-«затравка» (праймер);
• При обратной транскрипции информация из РНК
переписывается в ДНК.
• Для восстановления концевых участков хромосом (теломер)
нужен фермент теломераза, в состав которого входит РНКматрица.
• Многие вирусы хранят свой генетический материал в виде РНК.
• В регуляции активности генов участвуют многие виды нкРНК (не
кодирующих белок РНК).

36.

Некодирующие РНК (non-coding RNA,
ncRNA) — молекулы РНК, которые
не транслируются в белки.
Последовательности ДНК, на которых транскрибируются
некодирующие РНК, называются РНК-генами.
К некодирующим РНК относят:
•транспортные РНК (тРНК),
•рибосомные РНК (рРНК),
•малые ядерные РНК (мяРНК, snRNA),
•малые ядрышковые РНК (мякРНК, snoRNA),
•антисмысловые РНК (aRNA),
•микроРНК (miRNA),
•малые интерферирующие РНК (siRNA),
•piРНК (piwiRNA, piRNA),
•длинные некодирующие РНК (lncRNA)

37. Но как ни велика роль РНК, типичный ГЕН – это участок молекулы ДНК*

(дезоксирибонуклеиновой кислоты),
содержащий информацию о
первичной структуре белка.
Это единица наследственной
информации.
*(Гены некоторых вирусов представлены РНК).

38. Строение и функции ДНК

39. Уотсон и Крик в 1953 году у модели ДНК

40. Комплементарность и антипараллельность в строении ДНК

3’ - конец
5’ - конец
OH
3’ - конец
OH
5’ - конец

41. Эти особенности химического строения ДНК сделали возможным протекание ряда процессов с ее участием.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Эти процессы:
Репликация (удвоение ДНК)
Рекомбинация (обмен участками между
молекулами ДНК)
Репарация (восстановление ДНК)
Транскрипция (синтез РНК на ДНК)
Обратная транскрипция (синтез ДНК на РНК – у
некоторых вирусов)
Мутирование (изменение строения ДНК)

42. 1. Удвоение (репликация) ДНК

Удвоение всей клеточной ДНК обычно
происходит в S-периоде клеточного
цикла, перед делением.
Но могут удваиваться и отдельные
участки ДНК, тогда это называется
амплификацией.

43. Репликация ДНК полуконсервативна.

44. Отступление: живые организмы делятся на два больших надцарства:

Прокариоты
(доядерные)
Эукариоты
(ядерные)

45. У прокариот (бактерий) репликация монорепликонная.

Начинается в точке ori* и идёт в обе стороны кольцевой молекулы ДНК
*оri - от origin - начало
Репликон это область
ДНК, которая
реплицируется,
начиная с одной
точки.

46. У эукариот репликация полирепликонная – начинается в нескольких местах.

Репликативный
глазок
Репликон – участок между двумя точками начала репликации. У человека
в хромосомах насчитывают десятки тысяч репликонов.

47. Репликация полунепрерывна

– лидирующая цепь (5’ 3’) нарастает непрерывно,
отстающая -- (3’ 5’) – фрагментами Оказаки, которые
потом сшиваются
3’
5’
Лидирующая цепь
5’
Репликативная вилка раскрывается
5’
3’
праймеры
3’
Отстающая цепь
3’
5’
Фрагменты Оказаки

48. Реплисома – комплекс белков, осуществляющих репликацию.

Геликазы – ферменты, которые расплетают спираль ДНК
SSB - белки (single-strand binding proteins) связывают
однонитевую ДНК и удерживают матрицу
Топоизомеразы, в том числе ДНК-гираза – вносят
временные разрывы в материнской цепи и устраняют
суперспирализацию ДНК
Праймаза синтезирует РНК-праймер (primer) ДНКполимераза использует 3’-конец праймера для синтеза
новой цепи ДНК
ДНК полимераза I:
Удаляет РНК-праймеры и застраивает пробелы цепочкой
ДНК
ДНК полимераза III присоединяет новые нуклеотиды к
ДНК
Лигаза – соединяет фрагменты Оказаки

49. В репликации участвуют многие белки

Лидирующая
цепь
ДНК-полимераза
Расплетающие
белки (SBB)
ДНК-полимераза
Праймер
Отстающая
цепь
ДНК-лигаза
Геликаза
Праймазасинтезирует
праймеры
Фрагмент Оказаки 100
– 1000 нуклеотидов

50. Отличия репликации в клетках прокариот и эукариот

характеристика
прокариоты
эукариоты
Количество
репликонов
один
Тысячи и сотни
Скорость
репликации
Длина фрагмента
Оказаки
Размер РНКпраймера
500 нукл/сек
50 нукл/сек
1000 н.
200 н.
60 н.
10-15 н.
ДНК-пол.I
ДНК-пол.II
ДНК-пол.III
ДНК-пол.α
-отстающая
цепь
ДНК-пол.β - репарация
ДНК-пол.γ - мтДНК
ДНК-пол.δ - ведущая цепь
ДНК-пол.ε - репарация
Типы ДНКполимераз

51. Итак, репликация

• Полуконсервативна
• Идет по принципам комплементарности и
антипараллельности на обеих цепях ДНК
• Направлена в обе стороны
• Полунепрерывна (лидирующая цепь нарастает
непрерывно, отстающая - фрагментами Оказаки)
• Полирепликонна у эукариот
• Монорепликонна у прокариот

52. Теломераза

Из-за необходимости каждый раз начинать репликацию с
образования праймеров, которые потом удаляются, на концах
хромосом, теламерах, образуются недореплицированные
участки цепи ДНК. Специальный фермент теломераза способен
к их восстановлению (активен в эмбриональных, половых и
раковых клетках).
РНК
Фермент
теломераза
ДНК
нуклеотиды

53. Фильм о репликации

54. 2. Рекомбинация ДНК

- способность молекул ДНК
обмениваться участками.

55. Примеры рекомбинации

• Естественная:
Кроссинговер во время мейоза
Рекомбинация у бактерий
Мобильные генетические элементы
(транспозоны)
• Искусственная:
Получение трансгенных организмов

56. Кроссинговер

В профазе 1 деления мейоза между
гомологичными хромосомами
происходит обмен участками –
кроссинговер. При этом образуются
новые сочетания аллелей генов, что
резко повышает генетическое
разнообразие. А. Схема. Б. фигуры
перекрёста (хиазмы), как они
выглядят под микроскопом.
Кроссинговер

57. Бактерии для рекомбинации образуют выросты - пили

F-фактор - короткий фрагмент
ДНК, находящийся в цитоплазме
бактерии. F-фактор обеспечивает
передачу себя (вместе с куском
наследственной информации
самой бактерии) через
специальный вырост — пиль.
Происходит рекомбинация «перетасовывание» генетической
информации.

58. В эволюции бактерий горизонтальный генетический обмен играет ту же роль, что и половое размножение у высших организмов

59. Генетическая инженерия – пример искусственной рекомбинации

Человек научился использовать способность ДНК к
рекомбинации в своих целях – нужный ген встраивают в
вектор, к примеру, в вирус

60. Особых успехов люди достигли в генетической модификации растений

В рекомбинации участвуют как
специфические ферменты
(например, и еще несколько
ферментов, recА), так и
ферменты репликации и
репарации ДНК.

61. 3. Репарация ДНК – восстановление ДНК после повреждений

62. В клетках постоянно происходят повреждения ДНК

В клетках постоянно происходит повреждение ДНК
с частотой от нескольких сотен до 1000 случаев в
каждой клетке каждый час.
Самые частые повреждения это:
• Изменения отдельных нуклеотидов – например,
дезаминирование (потеря аминогруппы). При этом,
например, цитозин превращается в урацил.
• Изменения пары нуклеотидов, например, образование
тиминовых димеров.
• Поперечные сшивки одной или двух цепей ДНК
• Разрывы цепей ДНК

63. Примеры повреждений ДНК:

А
Б
В
ГЦ АА Ц Г
ЦГТ
ТГЦ
А -дезаминирование, Б - разрывы хромосом, В - образование
тиминовых димеров.

64. Существует несколько видов репарации

• Прямая репарация (например,
фоторепарация).
• Дорепликативная (эксцизионная) – «режьлатай». Может происходить вырезание и
замена отдельных оснований, отдельных
нуклеотидов или последовательности
нуклеотидов.
• Пострепликативная (рекомбинационная.
• SOS-репарация.
Рассмотрим на примере репарации тиминовых
димеров
Т
Т
А
А

65. 1. Фоторепарация

Ультрафиолет нарушает
структуру ДНК – образуются
тиминовые димеры
Дневной свет
Фермент фотолиаза
восстанавливает
структуру ДНК на
дневном свету

66. 2. Эксцизионная репарация («режь-латай»)

Тиминовый димер
узнавание
повреждения
Ферменты репарации
разрезание цепи
ДНК
ресинтез и
лигирование
репарируемой
цепи.
ДНК-полимераза, ДНК-лигаза

67. 3. Пострепликативная репарация (рекомбинационная)

Если не сработала фото- или эксцизионная репарация, то димер сохраняется и
после репликации образуется «брешь».
ДНК
Тиминовый
димер
репликация
+
«брешь»
рекомбинация и
достраивание цепи

68. Получаем одну нормальную молекулу ДНК

и одну, по-прежнему, с
тиминовым с димером
+

69. Репарация у E.coli

70. SOS-система репарации выявлена не только у бактерий, но и у животных и человека.

Эта система включается тогда, когда
повреждений в ДНК становится настолько много,
что возникает угроза жизни клетки.
Может быть неточной.

71. Репарация осуществляется разными ферментами, в том числе и ферментами репликации

ДНК-геликаза — фермент,
«узнающий» химически изменённые
участки в цепи и осуществляющий
разрыв цепи вблизи от повреждения;
экзонуклеаза — фермент,
удаляющий повреждённый участок;
ДНК-полимераза — фермент,
синтезирующий соответствующий
участок цепи ДНК взамен
удалённого;
ДНК-лигаза — фермент,
замыкающий последнюю связь в
полимерной цепи и тем самым
восстанавливающий её
непрерывность.
ДНК-лигаза сшивает участки ДНК

72. Фильм о репарации

73. При мутациях генов, ответственных за репликацию, рекомбинацию и репарацию, возникают болезни, например, анемия Фанкони,

атаксия-телеангиоэктазия,
синдром Блума, пигментная ксеродерма и
другие.
Полагают, что 80 - 90% раковых заболеваний
связаны с дефектами репарации.

74.

75. Самая известная болезнь репарации ДНК – пигментная ксеродерма. При ней солнечный свет повреждает ДНК в клетках кожи, что может

привести к раку.

76. Пигментная ксеродерма – болезнь, связанная с нарушением репарации ДНК

По крайней мере 7
разных генов

77. Пигментная ксеродерма

Фото из учебника У.Клаг и М.Каммингс. Основы генетики.

78.

В популярной культуре (из Википедии):
Вымышленные персонажи, болеющие ксеродермой:
•Дети главной героини фильма «Другие» режиссёра Алехандро
Аменабара, Энн и Николас.
•Кристофер Сноу, главный герой трилогии «Moonlight Bay Trilogy» Дина
Кунца.
•Люк, персонаж романа «Операция «Выход»» Скарлетт Томас.
•Каору, главная героиня фильма «Полночное Солнце»
режиссёра Норихидо Коизуми.
•Рик Клейтон, главный герой фильма «Тёмная сторона Солнца»
режиссёра Божидара Николича.
•Этан, племянница главной героини из романа «Взглянуть второй
раз» Джоди Пиколт.
•Ромен, главный герой фильма «Полночное разрешение»
режиссёра Дэльфина Глейза.
•Один из второстепенных персонажей сериала «Ультрафиолет»
•Девочка из романа «A Cool Moonlight» Анджелы Джонсон.
•Эрве, персонаж романа «Анук, mon amour…» Виктории Платовой.
•1994 CBS-TV movie Children of the Dark (это я смотрела).

79.

Трихотиодистрофия (TTD) — аутосомно-рецессивное
заболевание, характеризующееся ломкостью волос и
интеллектуальными нарушениями. Генетическая
причина – нарушение эксцизионной репарации.

80.

Анемия Фанкони –
болезнь с аутосомно-рецессивным типом наследования, возникает при
наличии дефекта в кластере белков, отвечающих за репарацию ДНК.
Клинически проявляется прогрессирующей панцитопенией, пороками
развития , патологией скелета ( отсутствие лучевой кости, недоразвитие
большого пальца кисти), а также предрасположенностью
к злокачественным новообразованиям, ломкостью хромосом и
повышенной чувствительностью к мутагенам. Часто развиваются острый
миелоидный лейкоз и рак кожи. Частота 1 на 350 000 новорождённых.
Чаще выявляется среди евреев-ашкенази и у народов Южной Африки.

81.

Синдром Блума —
редкое аутосомно-рецессивное заболевание, для которого
характерны низкий рост больных и предрасположенность к
развитию рака. Нарушение в работе фермента геликазы
приводит к хромосомной нестабильности.

82.

Атаксия телеангиэктазия , или синдром Луи-Бара редкое наследственное заболевание. Атаксия приводит к
плохой координации, а телеангиэктазия — к расширенным
кровеносным сосудам; оба признака являются
отличительными чертами болезни. Атаксия-телеангиэктазия
вызывается мутациями в гене, который отвечает за
репарацию двунитевых разрывов в ДНК.

83.

Прогерия (синдром ГетчинсонаГилфорда) – 1:250 000. Низкий рост и
вес, отсутствие подкожно-жирового
слоя. Продолжительность жизни 7 – 27
лет.

84.

Прогерия. Причина детской прогерии — мутации гена
LMNA, кодирующего ламин — белок, из которых
выстроен особый слой оболочки клеточного ядра. В клетках
кожи больных обнаружены нарушения репарации ДНК.

85.

Синдром Вернера – аутосомно-рецессивный (МIМ 272
700), (прогерия взрослых). Атеросклероз, остеопороз,
поседение, облысение, выпадение зубов, атрофия жировой и
мышечной ткани, высок риск развития злокачественных
новообразований. Молекулярная основа связана с мутациями
в гене WRN, кодирующего ДНК-геликазу.
Больной 18 лет
Больная 48 лет

86. Продолжим говорить о реакциях с участием ДНК

1. Репликация (удвоение ДНК)
2. Рекомбинация (обмен участками между
молекулами ДНК)
3. Репарация (восстановление ДНК)
4. Транскрипция (синтез РНК на ДНК)
5. Обратная транскрипция (синтез ДНК на
РНК – у некоторых вирусов)
6. Мутирование (изменение строения ДНК)

87. Транскрипция - синтез РНК (любых видов) по матрице ДНК

В качестве матричной выступает цепь
ДНК 3’ 5’. Цепь 5’ 3’ в транскрипции
не участвует. Эту цепь называют
кодогенной, смысловой т.к.
последовательность нуклеотидов РНК
(кодонов) совпадает с
последовательностью этой цепи ДНК.
Кодогенная, она же смысловая, она
же цепь Крика. Матричная, она же
антисмысловая, она же цепь
Уотсона.
ГГГЦЦЦААА – кодогенная цепь
ЦЦЦГГГТТТ - матричная цепь
ГГГЦЦЦААА – РНК

88. Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК

1. Инициация транскрипции: РНК-полимераза находит промотор
5’
3’
ДНК
промотор
Белки – факторы
транскрипции
5’
3’
Есть3 разных РНКполимеразы:
нуклеотиды
Фермент РНКполимераза
I и III отвечают за ти р-РНК,
а II – за и-РНК

89. Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК

2. Элонгация: РНК-полимераза движется вдоль матричной цепи ДНК и строит
РНК из нуклеотидов.
5’
3’
3’
5’
ДНК

90. Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК

3. Терминация: РНК отделяется от ДНК
5’
3’
3’
5’
5’
3’
РНК
Сигналом для окончания транскрипции служит
определенная последовательность нуклеотидов
ДНК

91.

У прокариот сигналом окончания транскрипции может служить
«зеркальная» последовательность нуклеотидов, приводящая к
образованию «шпильки».
Механизмы терминации транскрипции у эукариот пока не вполне ясны

92. Регуляция транскрипции у прокариот

93. Для прокариот характерна оперонная организация генома

Оперон — функциональная единица генома у
прокариот, в состав которой входят цистроны
(гены, единицы транскрипции), кодирующие
совместно или последовательно работающие
белки и объединенные под одним (или
несколькими) промоторами.
Промотор
Оператор
Структурные ген(ы)

94. Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1965 году

Жак Люсье́н Моно́ 1910 -- 1976
французский биохимик и
микробиолог.
Франсуа́ Жако́б 1920 —
2013, французский
микробиолог и генетик
Андре́ Мише́ль Львов
1902—1994, французский
микробиолог
«за открытия, касающиеся генетического
контроля синтеза ферментов и вирусов».

95. Рассмотрим регуляцию транскрипции на примере лактозного оперона бактерии

палочка кушает
глюкозу
Бактерия E.coli
лактозу не ест, пока в
окружающей среде
достаточно глюкозы

96. Для метаболизма лактозы бактерии нужны специальные ферменты

Дисахарид лактозу необходимо
расщепить на глюкозу и галактозу
Бактериальная клетка синтезирует
ферменты, принимающие участие в
метаболизме лактозы, лишь в том
случае, когда лактоза присутствует в
окружающей среде и клетка испытывает
недостаток глюкозы. За метаболизм
глюкозы отвечают гены Z, Y и А.
Регуляция экспрессии генов метаболизма лактозы у
кишечной палочки (Escherichia coli) была впервые
описана в 1961 году учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно
(получившими Нобелевскую премию совместно с А.
Львовым).

97. При наличии глюкозы гены Z, Y и А не транскрибируются

РНК-полимераза не может начать
транскрипцию
Ген I
промотор оператор
конститутивный –
всегда активен,
отвечает за синтез
белкарепрессора,
который связывается с
оператором
Ген Z
Ген Y
Ген А

98. Когда вся глюкоза съедена, включаются гены Z, Y и А. Лактоза – индуктор.

Ген I
конститутивный –
всегда активен,
отвечает за синтез
белка-репрессора,
который
связывается с
оператором
промотор оператор
Ген Z
Ген Y
Ген А
Лактоза связывается с белкомрепрессором и он освобождает оператор
– начинается транскрипция

99. Когда вся глюкоза съедена, включаются гены Z, Y и А.

Лактоза выступает индуктором
Ген I
промотор оператор
Ген Z
Ген Y
мРНК
Теперь возможна транскрипция и трансляция –
т.е. синтез белков Z, Y и А, которые обеспечивают
расщепление лактозы
Ген А

100. Белки-ферменты Z, Y и А доставляют в клетку, расщепляют и переваривают лактозу.

101. Когда вся лактоза съедена, репрессор вновь связывается с оператором.

Транскрипция прекращается.
Ген I
конститутивный –
всегда активен,
отвечает за синтез
белкарепрессора,
который
связывается с
оператором
промотор оператор
Ген Z
Ген Y
Ген А

102. Лактозный оперон – пример позитивной регуляции субстратом

Лактоза
– субстрат для белков, кодируемых генами Z, Y и
А, выступает в роли индуктора, включает транскрипцию трех
структурных генов.
lacZ кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет дисахарид лактозу
на глюкозу и галактозу,
lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок,
который переносит лактозу внутрь клетки.
lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, переносящий ацетильную
группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды.
Белок-репрессор
, за который отвечает всегда активный
ген I, подавляет транскрипцию и служит негативным
регулятором, иначе говоря, супрессором.

103. Триптофановый оперон кишечной палочки -

пример регуляции транскрипции
конечным продуктом
Триптофановый оперон — оперон, содержащий гены
ферментов, задействованных в биосинтезе аминокислоты
триптофана. В природе триптофан синтезируют бактерии,
растения и грибы. Многоклеточные животные не
способны синтезировать триптофан. Он стал первым
опероном, для которого была показана регуляция
посредством репрессии.
Таким образом, здесь триптофан выступает негативным
регулятором

104. Строение триптофанового оперона

Регуляторная зона
Белок-репрессор
Структурные гены:
Строение триптофанового
оперона
репрессор
промотор оператор
На значительном расстоянии от
оперона находится ген trpR
всегда активный, кодирующий
белок-репрессор. Этот белок в
присутствии триптофана
связывается с оператором и
блокирует транскрипцию
оперона. В отсутствие
триптофана он разрушается
E
D
C
B
A
5 структурных генов (цистронов): trpE, trpD,
trpC, а также trpB и trpA, кодирующие
субъединицы триптофансинтазы.
В результате клетка синтезирует триптофан.
Избыток триптофана подавляет транскрипцию гена триптофансинтетазы и синтез
триптофана прекращается.

105. Регуляция транскрипции у эукариот сложна и будет рассмотрена позже.

106. 5. Обратная транскрипция – синтез ДНК на матрице РНК

107. Обратная транскрипция – синтез ДНК по матрице РНК

• В 1970 году Г. Темин и Балтимор независимо друг
от друга открыли фермент, названный обратной
транскриптазой (ревертазой). В 1975 году им
была присуждена Нобелевская премия в области
физиологии и медицины.
• Обратная транскрипция происходит при
размножении ретровирусов (например, ВИЧ)
• При перемещениях ретротранспозонов
• При восстановлении теломерных участков
хромосом
• До этого открытия центральная догма
молекулярной биологии имела вид:
ДНК
РНК
белок

108.

Восстановление теломер – пример обратной
транскрипции
Теломераза осуществляет обратную транскрипцию, т.е.
построение ДНК по матрице РНК и, таким образом,
достраивает недореплицированный конец ДНК.
А.М.Оловников в
1971 году
предположил
наличие
теломеразы.

109. О способности ДНК мутировать и о генных мутациях речь пойдет в следующей лекции