Молекулярные основы наследственности

Размещено на http://allbest.ru

ЛЕКЦИЯ

Тема: Молекулярные основы наследственности

Содержание

1. Строение ДНК и ее биологическая роль

2. Строение и типы РНК

3. Синтез белка в клетке

4. Строение генетического материала у микроорганизмов и способы его передачи

1. Строение ДНК и ее биологическая роль

Ведущая роль в наследственности принадлежит ДНК, которая является носителем наследственной информации практически у всех организмов, как прокариот так и эукариот, за исключением некоторых РНК - содержащих вирусов. Доказательством ведущей роли ДНК в наследственности является то, что она локализована главным образом в хромосомах.

Одним из главнейших свойств ДНК является ее способность самоудваиваться (реплицироваться) в интерфазе митотического цикла, благодаря чему в каждой клетке многоклеточного организма сохраняется полный объем наследственной информации. Молекула ДНК состоит из 2-х цепочек нуклеотидов, соединенных комплементарно.

Каждая нить ДНК состоит из нуклеотидов. Схема нуклеотида ДНК: остаток фосфорной кислоты, пентозный сахар дезоксиребоза и азотистое основание. синтез нуклеотидный генетический клетка

Азотистое основание бывает 4 видов:

Аденин - А

Гуанин - Г

Цитозин - Ц

Тимин - Т

ДНК имеет вид двойной спирали, соединенной между собой азотистыми основаниями

по правилу комплементарности:

А = Т; Г = Ц

Правило комплементарности Чаргаффа: в ДНК количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина. Видовая специфичность молекулы ДНК, т.е. ее нуклеотидный состав значительно варьирует в зависимости от принадлежности организма к той или иной систематической группе.

Видовая специфичность ДНК характеризуется:

1. Числом нуклеотидов

2. Порядком чередования нуклеотидов

3. Коэффициентом видовой специфичности ДНК:

У человека К_ДНК=0,62, у крупного рогатого скота - 0,75, у курицы - 0,72, у пшеницы - 0,78, у водорослей - 1,42.

Репликация (удвоение) ДНК. ДНК находится в хромосомах, и репликация ее происходит перед каждым удвоением хромосом и делением клетки.

Репликация ДНК - самовоспроизведение. На участке ДНК водородные связи разрываются и цепи ДНК становятся матрицами, на которых при помощи фермента ДНК - полимеразы синтезируются по правилу комплементарности дочерние нити, точные копии исходных материнских. Самоудвоение молекул ДНК - основа устойчивости генетической информации данного вида и обеспечивает материальную непрерывность наследственного вещества клетки.

2. Строение и типы РНК

Многочисленными исследованиями было установлено, что синтез белка в клетке происходит не в ядре, где находится ДНК, а в цитоплазме. Ответственными за считывание и перенос информации, а так же за преобразование этой информации в последовательность аминокислот в структуре белковой молекулы, являются рибонуклеиновые кислоты (РНК). РНК сложный биополимер, состоящий из нуклеотидов. Нуклеотид РНК состоит: остаток фосфорной кислоты, пентозный сахар рибоза и азотистое основание. Азотистое основание бывает 4 видов:

Аденин - А

Гуанин - Г

Цитозин - Ц

Урацил - У

Существует три основных вида РНК: информационная (иРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК).

1. Информационная РНК - и-РНК (1 - 2%) -переписывает информацию с участка ДНК (гена) о порядке чередования нуклеотидов путем синтеза по правилу комплементарности. Информационная РНК (иРНК) впервые была обнаружена в 1957 г. Роль ее в том, что она считывает наследственную информацию с участка ДНК (гена) и в форме скопированной последовательности азотистых оснований переносит ее в рибосомы, где происходит синтез определенного белка.

2. Рибосомальная РНК - р-РНК (80 - 85%) - включает от 1500 до 3000 нуклеотидов, комплектуясь с белками, образует рибосомы. Рибосомная РНК (рРНК) служит как бы каркасом рибосом и способствует первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в процессе биосинтеза белка.

3. Транспортная РНК - т-РНК (15%) включает 80 - 90 нуклеотидов, напоминает клеверный лист. т-РНК доставляет соответствующие аминокислоты к месту синтеза белка

3. Синтез белка в клетке

Процесс реализации наследственной информации в биосинтезе белка в клетке осуществляется при участии трех видов рибонуклеиновых кислот: информационной - и-РНК, рибосомальной - р-РНК и транспортной - т-РНК. Все рибонуклеиновые кислоты синтезируются на соответствующих участках молекулы ДНК. Белки различаются друг от друга составом и порядком расположения аминокислот. Информация о составе белка находится в молекулах ДНК. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющая последовательность аминокислот в молекуле синтезируемого белка, называется генетическим кодом. Одну аминокислоту кодируют три нуклеотида, называемых кодоном.

Процесс биосинтеза включает транскрипцию и трансляцию. Транскрипция происходит в ядре клетки: на участке определенного гена молекулы ДНК синтезируется и-РНК. В результате транскрипции и-РНК содержит генетическую информацию в виде последовательного чередования нуклеотидов, порядок которых точно скопирован с соответствующего участка (гена) молекулы ДНК.

Схема кодирования аминокислот кодонами.

Биосинтез белка протекает в три этапа: транскрипция, сплайсинг и трансляция.

1. Транскрипция (переписывание) информации в порядке чередования нуклеотидов на участке определенного гена путем синтеза и-РНК.

2. Сплайсинг - созревание и-РНК. Незрелая и-РНК (про- и-РНК) имеет как кодирующие участки - экзоны, так и не несущие наследственной информации - интроны, которые вырезаются ферментом рестриктазой.

В синтезе белка участвуют 20 аминокислот, каждая из которых переносится своей транспортной РНК (т-РНК) на рибосому, т-РНК имеет антикодон, комплементарный кодону на и-РНК, благодаря которому к акцепторному участку т-РНК присоединяется соответствующая аминокислота.

Последовательность нуклеотидов в кодонах и-РНК для различных аминокислот

При комплементарности антикодона т-РНК с основаниями и-РНК аминокислота включается в полипентидную цепь на рибосомах. Матрицей для синтеза белка служит и-РНК. Путем информации, которую несет и-РНК от ДНК, определяется последовательность аминокислот во всех белках. Этот процесс носит название трансляция.

В таблице можно найти нуклеотиды и-РНК, кодирующие аминокислоты. В ней показано, что аланин могут кодировать четыре кодона - ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ; глутаминовую кислоту - два кодона - ГАА, ГАГ; лейцин - шесть и т.д. Одна аминокислота кодируется несколькими кодонами. Такой код, когда одна аминокислота может быть включена в белковую молекулу несколькими триплетами, называется вырожденным. Определить антикоды т-РНК не представляет трудности. Нуклеотиды антикодона комплементарны нуклеотидам и-РНК.

В настоящее время установлено, что наследственность реализуется в процессе биосинтеза белка. В процессе синтеза белка различают этапы транскрипции и трансляции. Транскрипция заключается в том, что наследственная информация, записанная в ДНК (гене), точно транскрибируется (переписывается) в нуклеотидную последовательность иРНК. Трансляция происходит в цитоплазме на рибосомах при участии тРНК. Центральное место в трансляции принадлежит рибосомам - органоидам клетки. Последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяется последовательностью кодонов в иРНК.

4. Строение генетического материала у микроорганизмов и способы передачи

Бактерии и вирусы по строению наследственного материала и способам его передачи занимают особое место в царстве природы. К ним в малой степени применимы закономерности наследования признаков, установленных для высших организмов при половом размножении. Они меньше защищены от воздействия внешней среды, что влечет за собой более высокую их изменчивость. В отличие от многоклеточных организмов у бактерий нет четко оформленного ядра. Его заменяют нуклеоид, который не отделен от остальной части клетки мембраной, как у эукариот.

Вирусы подобно бактериям не одинаковы по форме. Однако для всех вирусов характерна более простая организация, чем для бактерий.

Вне живой клетки вирусы не размножаются.

Вирусы паразитирующие в бактериях называют - бактериофагами.

Однако и между клетками разных штаммов бактерий и вирусов происходит обмен генетическим материалом, осуществляемый путем трансформации, трансдукции и конъюгации.

Трансформация - это поглощение ДНК бактерии донора, в клетке ДНК бактерии реципиента.

В процессе трансформации бактерий принимают участие 2 бактериальные клетки: донор и реципиент. Трансформирующий агент представляет собой часть молекулы ДНК донора, которая внедряется в геном реципиента. В процессе трансформации, клетки донора и реципиента не соприкасаются друг с другом. Из клеток донора выделяются в окружающую среду фрагменты молекул ДНК, которые адсорбируются на оболочке клетки реципиента, а в последствии втягиваются внутрь ее.

Трансдукция - перенос гена из одной бактериальной клетки в другую при помощи бактериофага.

Характерная особенность трансдукции заключается в том, что трансдуцированные бактерии приобретают только те свойства, которые были у донора. Для осуществления трансдукции необходимо присутствие бактерии - донора, бактерии реципиента и умеренного фага. Явление трансдукции установлено у многих бактерий. Как правило, трансдуцируется один ген, реже два и очень редко три сцепленных гена.

Конъюгация - это перенос генетического материала от одной бактериальной клетки (донора) к другой (реципиенту) при их непосредственном контакте.

При конъюгации бактерии сближались, клеточная оболочка в точке их соприкосновения растворялась, и между ними образовался цитоплазматический мостик, по которому хромосома одного штамма переходила в другой. Переход при конъюгации хромосомы от одной бактерии к другой происходит всегда от клеток одного определенного штамма к другому. При конъюгации целая хромосома донора переходит в клетку реципиента очень редко, чаще всего перемещается лишь участок ее.

Таким образом, процесс конъюгации дает возможность изучить расположение генов в хромосоме бактерии.

Размещено на Allbest.ru