1. Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины
 Скачать 0.75 Mb.
|
Хроматин клетки - комплекс ядерной ДНК с белками (гистоны, негистоновые белки). Различают гетеро- и эухроматин.
Гетерохроматин - транскрипционно неактивный, конденсированный хроматин интарфазного ядра.
Эухроматин – транскрипционно активная и менее конденсированная часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между гетерохроматином. http://biofile.ru/bio/9805.html 15.Строение ДНК. Модель ДНК Уотсона-Крика. Нуклеотиды, участки с уникальными и повторяющимися последовательностями нуклеотидов, их функциональное значение. ДНК- дезоксирибонуклеиновая кислота, состоит из нуклеотидов. Состав нуклеотида: дезоксирибоза, азотистые основания- А,Т,Г,Ц, остаток фосфорной кислоты. Комплементарность азотистых оснований А=Т, Г=Ц. Двойная спираль. Способна к самоудвоению. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые соединяются при помощи водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности. ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар - дезоксирибоза, фосфат и одно из азотистых оснований - пурин (аденин или гуанин) либо пиримидин (тимин или цитозин). Особенностью структурной организации ДНК является то, что ее молекулы включают две полинуклеотидные цепи, связанные между собой определенным образом. В соответствии с трехмерной моделью ДНК, предложенной в 1953 г. американским биофизиком Дж. Уотсоном и английским биофизиком и генетиком Ф. Криком, эти цепи соединяются друг с другом водородными связями между их азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Аденин одной цепи соединяется двумя водородными связями с тимином другой цепи, а между гуанином и цитозином разных цепей образуются три водородные связи. Такое соединение азотистых оснований обеспечивает прочную связь двух цепей и сохранение равного расстояния между ними на всем протяжении. В 1953г. – Уотсон и Крик, используя все известные на тот момент факты, публикуют 25 апреля в журнале Nature короткую статью. Им удалось убедительно доказать, что ДНК - это двойная спираль с комплементарными азотистыми основаниями. Согласно модели Уотсона и Крика молекула ДНК напоминает гибкую лестницу, закрученную вокруг воображаемой оси. Боковые стороны этой лестницы – чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, перекладины – комплементарные азотистые основания. НУКЛЕОТИДЫ, природные соединения, из которых, как из звеньев, построены цепочки нуклеиновых кислот; входят также в состав важнейших коферментов (органические соединения небелковой природы – компонент некоторых ферментов) и других биологически активных веществ, служат в клетках переносчиками энергии. Молекула каждого нуклеотида (мононуклеотида) состоит из трёх химически различных частей. Во-первых, это пятиуглеродный сахар (пентоза) – рибоза (в этом случае нуклеотиды называются рибонуклеотидами и входят в состав рибонуклеиновых кислот, или РНК) или дезоксирибоза (нуклеотиды называются дезоксирибонуклеотидами и входят в состав дезоксирибонуклеиновых кислот, или ДНК). Во-вторых, это пуриновое или пиримидиновое азотистое основание. Связанное с углеродным атомом сахара, оно образует соединение, называемое нуклеозидом. И наконец, один, два или три остатка фосфорной кислоты, присоединённые эфирными связями к углероду сахара, образуют молекулу нуклеотида. Азотистые основания нуклеотидов ДНК – это пурины аденин и гуанин и пиримидины цитозин и тимин. 16.Основные требования, предъявляемые к материальному субстрату, ответственному за наследственность. Реализация наследственной информации. 1) Способность к самовоспроизведению – вещество должно обеспечить преемственность свойств в поколениях 2) Уникальность – вещество должно иметь структуру, объясняющую существование миллионов видов и неповторимость. 3) Специфичность – структура вещества должна предполагать синтез специфических белков. Организмы обладают способностью передавать следующим поколениям свои признаки и особенности, т.е. воспроизводить себе подобных. Это явление наследования признаков основано на передаче из поколения в поколение наследственной информации. Материальным носителем этой информации являются молекулы ДНК. Передача наследственной информации от одного поколения клеток к другому обеспечивается некоторыми фундаментальными свойствами ДНК. Она удваивается в каждом поколении клеток и может неопределенно долго воспроизводиться без каких-либо изменений. Относительно редкие изменения наследственной информации также могут воспроизводиться и передаваться от поколения к поколению. информационная РНК, несущая сведения о первичной структуре белковых молекул, синтезируется в ядре. Пройдя через поры ядерной оболочки, иРНК направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации - перевод ее с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот. 17.Этапы синтеза белка(экспрессия генов). Пути транспорта синтезированного белка в клетке и за её пределами. Анаболизм(ассимиляция) – биосинтез – фаза метаболизма, в которой из малых молекул – предшественников (аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, азотистых оснований) синтезируются белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и др. макромолекулы. Анаболизм требует затраты свободной энергии. Источник этой энергии – АТФ и НАДФН. I.Репликация. II.Транскрипция. III.Трансляция
Молекула ДНК раскручивается. Участвует РНК-полимераза. Транскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные гены (эухроматин). Этапы транскрипции: 1)Инициация- РНК-полимераза узнает промотер; 2)Элонгация- рост цепи РНК; 3) Терминация- конец транскрипции.
Этапы трансляции: 1)Инициация- к иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы. 2)Элонгация-рост цепи. Как только сканирующий комплекс попадает на кодон АУГ происходит присоединение большой субъединицы рибосомы. 3)Терминация- окончание синтеза, когда рибосома натыкается на стоп-кодон. Биосинтез белка: белок → аминокислота → собственный белок. Последовательность процессов синтеза полипептидных цепей белковой молекулы представляется следующим образом: 1. Транскрипция– процесс синтеза и- РНК в ядре с молекулы ДНК по принципу комплементарности. Процесс включает этапы: - образование первичного транскрипта; - процессинг; - сплайсинг. Образование зрелой и-РНК включает периоды инициации, элонгации и терминации синтеза. 2. Трансляция- перенос информации о структуре белка с и-РНК на синтезирующийся полипептид. Происходит в цитоплазме на рибосоме. И включает следующие процессы: - активация аминокислоты специфическим ферментом (аминоацил Т-РНК - синтетаза) в присутствии АТФ с образованием аминоациладенилата (тройной комплекс); - присоединение активированной аминокислоты к специфической т-РНК с высвобождением аденозинмонофосфата (АМФ); - связывание этого комплекса с рибосомами; - включение аминокислот в белок с высвобождением т-РНК. Рибосома контактирует в каждый момент только с небольшим участком и-РНК, возможно равным одному триплету (кодону). Рибосома движется по и-РНК кодон за кодоном. На и-РНК одновременно может быть несколько рибосом, образующих полисому. В рибосому, движущуюся по и-РНК, т-РНК поставляет активированные аминокислоты. Аминокислота прикреплена на черешок т-РНК, на изгибе последней имеется триплет, получивший название антикодона. При совпадении антикодона т-РНК с кодоном и-РНК, по принципу комплементарности, аминокислота включается в полипептидную цепь. Можно условно выделить два пути транспорта белка в клетке: 1. Из цитоплазмы в некоторые органеллы (ядро, пластиды, митохондрии) 2. Большой путь везикулярного транспорта из ШЭР через аппарат Гольджи к другим органеллам (лизосомы, пероксисомы) и через секреторные везикулы во внеклеточную среду. 18.Линейное расположение генов в хромосоме. Сцепление генов. Кроссинговер. В каждой хромосоме локализовано много генов, наследующихся совместно. Гены, локализованные в одной хромосоме, называют группой сцепления. Во время мейоза, при конъюгации хромосом (сближение) гомологичные хромосомы обмениваются идентичными участками. Это процесс получил название кроссинговер. За счет кроссинговера увеличивается возможность комбинативной изменчивости. Существование кроссинговера позволило школе Моргана разработать в 1911-1914 гг. принцип построения генетических карт хромосом. В основу этого принципа положено представление о линейном расположении генов в хромосоме. За единицу расстояния между двумя генами условились принимать 1% кроссинговера между ними или 1 морганида. Т. Морган предположил, что гены расположены в хромосомах линейно, а частота кроссинговера отражает относительное расстояние между ними: чем чаще осуществляется кроссинговер, тем далее отстоят гены друг от друга в хромосоме; чем реже кроссинговер, тем они ближе друг к другу. 19. Генетические и цитологические карты хромосом. Генетические карты хромосом — это схема взаимного расположения и относительных расстояний между генами определенных хромосом, находящихся в одной группе сцепления. Первые попытки построения ГКХ было в 1911-1914 гг. Морганом и его сотрудниками. Они экспериментально показали, что основываясь на явлениях сцепления генов и кроссинговера можно построить ГКХ. Возможность картирования основана на постоянстве процента кроссинговера между определенными генами. Генетические карты хромосом составлены для многих видов организмов: насекомых (дрозофила, комар, таракан и др.), грибов (дрожжи, аспергилл), для бактерий и вирусов. Генетические карты человека используются в медицине при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека. В исследованиях эволюционного процесса сравнивают генетические карты разных видов живых организмов. Цитологические карты хромосом Если определить локализацию генов какого-либо организма непосредственно на хромосоме, то тем самым будет создана цитологическая карта данной хромосомы. Цитологическая карта хромосомы, в которой можно наблюдать истинное расположение генов, впервые создана для дрозофилы и кукурузы. 20.Кодирование и реализация биологической информации в клетке. Кодовая система ДНК и белка. Экспериментальные обоснования триплетного кода в опытах Ниринберга. Генетический код: его свойства и понятие. В организмах белки выполняют различные биологические функции. Структура этих белков определяется набором и последовательностью аминокислот в их пептидных цепях. Эта последовательность аминокислот в пептидах зашифрована в молекулах ДНК с помощью генетического кода. Генетический код- это система записи генетической информации в ДНК (иРНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов. Группа оснований, которая кодирует одну аминокислоту, получила название кодона. Четыре основания в комбинации по 3, т.е. 4^3, дает 64 различных кодона. Свойства генетического кода: 1.Код триплетен - Каждой а/к соответствует сочетание из 3 нуклеотидов 2.Код однозначен – каждый триплет соответствует только одной аминокислоте. 3.Код вырожден – каждая аминокислота 4.Код универсален – все живые организмы имеют одинаковый код аминокислот. 5.Код непрерывен – между кодонами нет промежутков. Биосинтез белка: белок → аминокислота → собственный белок. Последовательность процессов синтеза полипептидных цепей белковой молекулы представляется следующим образом: 1. Транскрипция– процесс синтеза и- РНК в ядре с молекулы ДНК по принципу комплементарности. Процесс включает этапы: - образование первичного транскрипта; - процессинг; - сплайсинг. Образование зрелой и-РНК включает периоды инициации, элонгации и терминации синтеза. 2. Трансляция- перенос информации о структуре белка с и-РНК на синтезирующийся полипептид. Происходит в цитоплазме на рибосоме. И включает следующие процессы: - активация аминокислоты специфическим ферментом (аминоацил Т-РНК - синтетаза) в присутствии АТФ с образованием аминоациладенилата (тройной комплекс); - присоединение активированной аминокислоты к специфической т-РНК с высвобождением аденозинмонофосфата (АМФ); - связывание этого комплекса с рибосомами; - включение аминокислот в белок с высвобождением т-РНК. Рибосома контактирует в каждый момент только с небольшим участком и-РНК, возможно равным одному триплету (кодону). Рибосома движется по и-РНК кодон за кодоном. На и-РНК одновременно может быть несколько рибосом, образующих полисому. В рибосому, движущуюся по и-РНК, т-РНК поставляет активированные аминокислоты. Аминокислота прикреплена на черешок т-РНК, на изгибе последней имеется триплет, получивший название антикодона. При совпадении антикодона т-РНК с кодоном и-РНК, по принципу комплементарности, аминокислота включается в полипептидную цепь. Ниринберг, американский биолог-генетик, его исследования посвящены расшифровке генетического кода. Он синтезировал и испытал все 64 теоретически возможных триплета и установил значение всех кодонов. Триплетный код — генетический код, в котором каждая аминокислота полипептидной цепи определяется группой из трех нуклеотидов ДНК.4 основания в комбинации по 3 дает 64 разных кодона. Одни и те же аминокислоты могут кодироваться различными кодонами. РНК построена подобно одной из цепей ДНК. Особенно много в клетках с интенсивным синтезом белка рРНК — крупные молекулы 3-5 тыс. нуклеотидов, в рибосомах, 90 % всей Рнк. 21.Экспериментальные доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации в клетке. После того как было установлено, что гены находятся в хромосомах и расположены там в определенном порядке, возник вопрос об их химический природе. Ученым было известно, что в состав хромосом высших организмов входят ДНК и несколько типов гистоновых и негистоновых белков. До 40-х годов нашего столетия большинство ученых считали, что гены имеют белковую природу. Русский ученый Н. К. Кольцов высказал мысль, что хромосома это гигантская биологическая молекула, обладающая свойством самоудвоения, и что все свойства и признаки организма обусловлены строением белка и взаимодействием его молекул. Казалось вероятным, что именно в белках заключена наследственная информация о развитии всех признаков и свойств организма. Однако проведенные в последующем эксперименты на микроорганизмах с применением новейших методов исследований позволили установить, что генетическая информация сосредоточена в нуклеиновых кислотах. Роль ДНК в трансформации бактерий: В 1928 г. впервые получили доказательство возможности передачи наследственной информации от одной бактерии к другой. Вводили мышам вирулентный (болезнетворный) капсульный и авирулентный бескапсульный штаммы пневмококков. При введении вирулентного штамма мыши заболели пневмонией и погибли. При введении авирулентного штамма – живые. При введении капсульного штамма, убитого нагреванием, мыши выжили. Вводили смесь штаммов – авирулентного бескапсульного и вирулентного капсульного, убитого нагреванием. После этого мыши заболели и погибли. Из крови погибших животных были выделены бактерии, которые обладали вирулентностью и способные образовывать капсулу. Живые бактерии авирулентного бескапсульного штамма трансформировались, благодаря ДНК вирулентного капсульного штамма бактерий ( приобрели свойства убитых болезнетворных бактерий). Трансформирующий фактор – ДНК. Более наглядно роль ДНК в передаче наследственной информации была установлена в 1952 г. американскими вирусологами А. Д. Херши и М. Чейзом при изучении разложения фага Т2 (вируса бактерий). Опыт состоял в том, что белки, входящие в протеиновую оболочку вириона, были помечены радиоизотопной меткой - S 35 (сера), а ДНК - радиоактивным фосфором - Р32. В дальнейшем вирус культивировался в клетках бактерий. После этого дочерние вирионы подвергались радиометрическому анализу. Исследования показали, что новое поколение фаговых частиц содержало только фосфор - Р32. Исследователи сделали справедливый вывод о том, что именно ДНК, а не белок передается от родителей к потомству. О роли ДНК в передаче наследственной информации свидетельствует также открытие в 1952 г. Зайндером и Ледербергом явления трансдукции, заключающееся в переносе генетического материала фагами от одних бактерий к другим. Ученые при этом показали, что в процессе трансдукции активное участие принимает ДНК. |