МИКРОБИОЛОГИЯ 1-90. 1. Відмінності вірусів від інших мікроорганізмів Віруси мають такі відмінності
 Скачать 253.74 Kb.
|
|
1. Роль ядра і хромосом у явищах спадковості. Докази генетичної ролі ДНК. Трансформація (дослід Евері з Streptococcus pneumoniae). Генетична роль ДНК у бактеріофага Т2 (дослід Херші-Чейз з подвійною радіоактивною міткою). Ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Саме з молекул ДНК за участю молекул іРНК інформація про структуру білків переноситься до місця їхнього синтезу на мембранах зернистої ендоплазматичної сітки. Спадкова інформація, що зберігається в ядрі, може змінюватись унаслідок мутацій. Це забезпечує спадкову мінливість.У ядрі за участю ядерець формуються частини рибосом. Як ми згадували, ці органелиберуть участь у синтезі білків. Таким чином, завдяки реалізації спадкової інформації, закодованої у вигляді послідовності нуклеотидів молекули ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні та морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.Кожна клітина еукаріотів має певний набір хромосом. Сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, їхня форма і розміри) називають каріотипом (від грец. каріон - ядро горіху і типос - форма). Кожному видові організмів властивий певний каріотип. Саме його постійність забезпечує існування видів. Каріотип може змінюватись унаслідок мутацій. Але такі мутантні особини часто нездатні схрещуватись з особинами, які мають нормальний каріотип, і залишити плодючих нащадків.У 1952 р. А.Херші і М.Чейз проводили експерименти з бактеріофагом Т2 - особливим видом вірусу, що вбиває заражену бактеріальну клітину.Отримані результати дозволили авторам зробити два принципових висновки: 1) в бактеріальну клітину проникає тільки фагова ДНК, яка, розмножуючись в клітці Е. соli, дає початок численному потомству; 2) спадковим матеріалом є ДНК, яка визначає не тільки структуру і властивості ДНК потомства, а й властивості фагових білків. 2. РНК як носій спадкової інформації. Основні класи РНК, їх функції. Центральна догма молекулярної генетики. РНК (рибонуклеїнова кислота) — клас нуклеїнових кислот, лінійних полімерів нуклеотидів, до складу яких входять залишок фосфорної кислоти, рибоза (на відміну від ДНК, що містить дезоксирибозу) і азотисті основи — аденін, цитозин, гуанін і урацил (на відміну від ДНК, що замість урацила містить тимін). РНК містяться головним чином в цитоплазмі клітин.Процес зчитування гену і синтезу РНК називається транскрипцією. У деяких вірусів геном може вважатись також ділянка РНК. Існують різноманітні типи РНК, найвідоміші з яких матрична рибонуклеїнова кислота(мРНК), з якої в процесі трансляції зчитується інформація амінокислотної послідовності білку.Матрична рибонуклеїнова кислота — РНК, що відповідає за перенесення інформації про первинну структуру білків від ДНК до місць синтезу білків. мРНК синтезується на основі ДНК в ході транскрипції, після чого, у свою чергу, використовується під час трансляції як матриця для синтезу білків. Тим самим мРНК грає важливу роль в «прояві» (експресії) генів.Транспортні РНК (тРНК) малі, що складаються з приблизно 80 нуклеотидів, молекули з консервативною третинною структурою.Рибосомальні РНК (рРНК) — каталітична складова рибосом. Здійснення процесу трансляції. 3. Структура ДНК за уотсоном-Кріком. Метилювання ДНК у прокаріотів та еукаріот. Таутомерія основ. Картина днк повністю прояснилася в 1953 р, коли американський біохімік Дж. Уотсон і англійський фізик Ф. Крик, досліджуючи структуру молекули ДНК, дійшли висновку, що сахарофосфатний остов знаходиться на периферії молекули ДНК, а пуринові і піримідинові основи - в середині. Причому останні орієнтовані таким чином, що між основами з протилежних Ланцюгів можуть утворитися водневі зв'язки. З побудованої ними моделі виявилося, що який-небудь пурин в одного ланцюга завжди пов'язаний водневими зв'язками з одним з пиримидинов на другий ланцюга. Такі пари мають однаковий розмір по всій довжині молекули. Не менш важливо те, що аденін може спаровуватися лише з тиміном, а гуанін тільки з з цитозином. При цьому між аденином і тиміном утворюються дві водневі зв'язки, а між гуаніном і цитозином – три. Метилювання ДНК — модифікація молекули ДНК без зміни її нуклеотидної послідовності, що є основним механізмом епігенетики.Метилювання ДНК полягає в приєднанні метильної групи до C-5 або N-4 позицій цитозину або N-6 позиції аденіну.Загалом метилювання впливає на рівень транскрипції, і тому є частиною регулювання експресії генів. Інформація про метилювання може наслідуватися із поділом клітини, і таком чином може розглядатися як частина епігенетичного коду,епігенетичної складової геному.Метилювання ДНК зустрічається у всіх основних групах живих організмів, але рівень зазвичай більш високий у еукаріотів. У людиниметильовано близько 1% ДНК геному. У соматичних клітинах дорослого організму метилювання ДНК зазвичай відбувається в CpG-динуклеотидах, метилювання цитозину в складі інших послідовностей зустрічається в ембріональних стовбурових клітинах. Таутомері́я — особлива форма ізомерії, за якої два або більше ізомери легко переходять один в одного. При цьому встановлюється рівновага ізомерів і речовина одночасно містить молекули всіх ізомерів (таутомерія) у певному співвідношенні. Явище таутомерії відкрито у 1876 році О. М. Бутлеровим та введено в хімію як поняття у 1885 році німецьким хіміком Конрадом Лааром. 4. Деталізована будова ДНК: А, В та Z форми. Розмір генома, проблема компактизації ДНК. Тільки A-, B- і Z- форми ДНК спостерігалися в природних біологічних системах. Конформація, яку приймає ДНК, залежить від послідовності ДНК, величини та напрямку суперскрученості, хімічних модифікації основ і концентрації хімічних речовин у розчині, перш за все концентрацій іонів металів і поліамінів. Із всіх конформацій, B-форма, описана вище, є найзагальнішою формою за умов, що властиві більшості клітин. Альтернативні конформації подвійної спіралі відрізняються своєю геомертією та розмірами. A-форма — ширша правостороння спіраль, з дрібнішою і ширшою малою борозенкою і вужчою і глибшою великою борозенкою. Ця форма зустрічається за нефізіологічними умовами в зневоднених зразках ДНК, крім того вона, ймовірно, зустрічається в живих клітинах у гібридних комплексах ланцюжків ДНК і РНК, та в комплексах ферментної ДНК. Сегменти ДНК із хімічно зміненими (метильованими) основами можуть проходити через більші конформаційні зміни і приймають Z-форму. Тут, ланцюжки закручаються в ліву подвійну спіраль, на відміну від правої спіралі B-форми. Ці структури можуть розпізнаватися специфічними Z-ДНК зв'язуючими білками і можуть бути залучені до регуляції транскрипції. Розмір геному — кількість пар основ ДНК з розрахунку на гаплоїдний геном. Іноді (що невірно) поняття «розмір геному» використовується для позначення вагового змісту ДНК (у пікограммах на клітину) або загальної довжини хромосом, складаючих геном або каріотип (в цьому випадку правильніше застосовувати термін «загальна довжина геному»). Велика кількість ДНК, що міститься в клітинах, пов'язане з проблемою упаковки Нуклеосомної рівень. Нуклеосома - це ДНК - гістонові комплекс, який виглядає як частка дисковидной форми діаметром 11 нм. Кожна нуклеосома складається з білкового кора або октамера і 2 оборотів фрагмента двухцепочечной ДНК Білковий кор (серцевина) містить набір з 4 пар гістонових белковН2А, Н2В, Н3, Н4. Це найбільш консервативні білки в будь-якому геномі. Вони практично однакові у гороху і у людини. Нуклеосоми зв'язуються ділянками ДНК (лінкерних ДНК) вільними від контакту з білковим кором. Укладання лінкерних ділянки ДНК (60-80 пар основ) і з'єднання нуклеосом один з одним йдуть за допомогою гистона Н1. Молекула цього білка має центральну (глобулярную) частину і витягнуті «плечі». Центральна частина прикріплюється до специфічного ділянці на поверхні кора, витягнуті «плечі» з'єднують сусідні нуклеосоми. При цьому ДНК намотується на сусідні кори кожен paз в протилежному напрямку Нуклеомерний рівень. Подальша компактизація ДНК у складі хроматину пов'язана з утворенням нуклеосомної комплексів (рис. 15, 20) .Образуется компактна хроматиновой фібрила побудована або по типу соленоїда (спіральний тип укладання), або по нуклеомерному типу (4-12 нуклеосом утворюють глобулу). Хромомерное рівень. Наступний етап компактизации ДНК пов'язаний з утворенням петлеподібних структур, які називаються хромомер (рис.16). При цьому можливі два шляхи упаковки ДНК за допомогою негістонових білків Хромонемний рівень. При діленні клітин йде подальша компактизація хромосом - освіту більших петель з хромомерное фібрили. На поверхні упаковані молекули ДНК несуть безліч білків, які утворюють подобу чохла. Якщо видалити цей чохол, то під електронним мікроскопом можна чітко побачити, що кожна хроматида побудована з хроматінових петель, що відходять від центральної осі. Діаметр такої упаковки 700 нм Хромосомний рівень. Подальша компактизація хромосом забезпечується петельной укладанням хромонемной нитки (рис.19.), Що скорочує їх довжину приблизно в 10 разів. 5. Правила Чаргафа, канонічні пари нуклеотидних основ, принцип компліментарності. Код спадковості. Співвідношення, виявлені Чаргаффом для аденіну (А), тиміну (Т), гуаніну (Г) і цитозину (Ц), виявилися такими:1.Вміст аденіну рівний вмісту тиміну, а вміст гуаніну — кількості цитозину: А=Т, Г=Ц. 2.Кількість пуринів дорівнює кількості піримідинів: А+Г=Т+Ц. 3.Кількість основ з 6 аміногруп дорівнює кількості основ з 6 кетогруп: А+Ц=Г+Т (Це правило слідує з першого). Разом з тим, співвідношення частка Г+Ц (вміст ГЦ) може бути різним у ДНК різних видів. У одних переважають пари АТ, в інших — ГЦ. Правила Чаргаффа разом із даними рентгеноструктурного аналізу, зіграли вирішальну роль в розшифровці структури ДНК Джеймсом Ватсоном і Френсісом Кріком.Параоснов пара основ двох нуклеотидів на комплементарних ланцюжках нуклеїнових кислот (ДНК або РНК), з'єднаних за допомогоюводневих зв'язків. При канонічному ватсон-кріківському спаровуванні основ, в ДНК аденін (A) формує базову пару з тиміном (T), а гуанін (G) з цитозином (C). В РНК тимін замінений урацилом (U). Інші, не ватсон-кріківські типи спаровування, що отримаються в результаті зміненої картини водневих зв'язків, також відбуваються, особливо в РНК, типовим прокладим є гукстенівські пари основ. Основна роль утворення пар основ в біологічних системах — можливість копіювання на зчитування інформації, закодованої в нуклеїнових кислотах. Спадко́вість — здатність, одна з основних властивостей живих організмів передавати з покоління в покоління спадкові ознаки, збереження й відтворення у нащадків основних ознак зовнішньої та внутрішньої будови, фізико-хімічних особливостей і життєвих функцій батьків. Генети́чний код — набір правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), що надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотноїпослідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів. 6. Реплікація, напівконсервативний механізм. Реплікація кільцевої ДНК. Точка початку реплікації (ori-сайт), ре плікативна вилка. Одно- та двонаправлена реплікація. Реплікація (пізньолат. replicatio — повторення), редуплікація, ауторепродукція, аутосинтез — процес самовідтворення нуклеїнових кислот, генів та хромосом.Термін застосовують переважно для опису процесу подвоєння нуклеїнових кислот, відтворення хромосом частіше описують іншими термінами (мітоз, мейоз).Напівконсервативний механізм — існуюча спіраль розкручується, на кожному полінуклеотидному ланцюзі комплементарно будується новий. Таким чином нова подвійна спіраль є «гібридом» старого та нового ланцюгів. З метою з'ясувати, який механізм є дійсним Меселсон та Сталь провели експерименти з міченою ДНК, яка містила у своєму складі важкий ізотоп азоту. В результаті дослідження вдалося виявити, що ДНК синтезується за напівконсервативним механізмом.Реплікація по типу катящегося кільця (розкручує рулону) (англ. Rolling circle replication) - процес односпрямованої реплікації нуклеїнової кислоти, в ході якого швидко синтезуються множинні копії кільцевих молекул ДНК або РНК. Репликационная вилка (репликативная вилка) - Y-подібна структура, яка переміщається уздовж батьківської спіралі ДНК і що характеризується місцевим розбіжністю двох її ланцюгів, в межах якої відбувається активна реплікація ДНК У разі кільцевої молекули днк спочатку утворюється здуття на єдиному репліка торі яке розширються в двох напрямках уздовж репліко ну. Реплікація в цьому випадку відбувається у двох напрямках, тобто існують двоє реплікацій них вил. Після завершення реплікації зявляются дві дволанцюгові молекули, які спочатку пов’язані одна з одню як кільця одного ланцюга. У разі їх розєднання одне з двох кільць тимчасово розривається. Оскільки кільцеві молекули Днк закручені самі на себе, під час розкручування подвійної спірали в процесі реплікації вони мА.ть безперервно обертатися навколо власної осі. При цьому виникає торсійна напруга, яка усувається шляхом розриву одного с ланцюгів. Потім обидва кінці відразу ж з’єднуються один з одним. 7. Направленість синтезу ДНК, властивості ДНК - полімераз. Синтез першої та другої нитки, фрагменти Оказакі. Крім того, ситезу ДНК характерні такі властивості, як антипаралельність і униполярность . Кожний ланцюг ДНК має певну орієнтацію. Один кінець несе гідроксильну групу (ВІН), приєднану до 3′-вуглецю в цукрі дезоксирибозе , на іншому кінці ланцюга перебуває залишок фосфорної кислоти в 5′-положенні цукру. Два комплементарні ланцюги в молекулі ДНК орієнтовані в протилежних напрямках – антипаралельно (при паралельній орієнтації навпроти 3′-кінці одного ланцюга перебував би 3′-кінець іншої). Ферменти, що синтезують нові нитки ДНК, називані Днк-полимеразами, можуть пересуватися уздовж матричних ланцюгів лише в одному напрямку – від їх 3′-кінців до 5′-кінців . Џ р і цьому синтез комплементарних ниток завжди ведеться в 5′ 3′ напрямку, тобто униполярно . Тому в процесі реплікації одночасний синтез нових ланцюгів іде антипаралельно.Днк-полимерази можуть давати “задній хід”, тобто рухатися в напрямку 3′ 5′.ДНК-полімераза — це фермент, що бере участь у реплікації ДНК. Ферменти цього класу каталізують полімеризацію дезоксирибонуклеотидівуздовж ланцюжка ДНК, який фермент «зчитує» і використовує як шаблон. Тип нового нуклеотиду визначається за принципом комплементарності до матриці, з якої ведеться зчитування. Молекула ДНК, що синтезується, є комплементарною до матричного ланцюга й ідентична з одним із ланцюгів другої подвійної спіралі. У людини 5 видів: Альфа- бере участь у заповненні пропуску і синтезі ретроградного( відстаючого ланцюга) Бета бере участь у репарації днк Епсілон забезпечує правиліснть причитування інформації і в репарації днк Гамма бере участь у синтезі мітохондріальнох днк Сигма бере участь у синтезі провідного ( лідируючого ланцюга) Фрагменти Окадзакі — відносно короткі фрагменти ДНК з коротким (кілька нуклеотидів) праймером РНК на 5' кінці, що створюються на ланцюжку, що відстає, протягом реплікації ДНК. Назва фрагментів походить від імені їх відкривачейОкадзакі Рейдзі і Окадзакі Цунеко, що відкрили їх в 1968 році, досліджуючи реплікацію ДНК бактеріофагів. 8. Білки, що зв’язують одноланцюгову ДНК у ре плікативній вилці. Хелікази, топоізомерази, гірази - допоміжні ферменти реплікації ДНК. Гелікази (або хелікази, від англ. helix — «спіраль») — клас ферментів, важливих для всіх організмів. Їх відносять до класу «молекулярних машин», оскільки вони використовують енергію гідролізу нуклеотидтрифосфатів (АТФ або ГТФ) для руху уздовж цукрофосфатного остовунуклеїнових кислот (ДНК, РНК, гібридів між ДНК і РНК) і розриву внутрішньо- або міжмолекулярних водневих зв'язків між основами. Виділяють дві великі позасистемні групи — ДНК-гелікази і РНК-гелікази. ДНК-гира́за (или просто гира́за) — фермент бактерии E. coli и других прокариот, относится к группе топоизомераз, вызывающий образование отрицательных супервитков в релаксированной кольцевой молекуле ДНК. Хотя ДНК-гираза относится к топоизомеразам типа II и так же, как они, вносит двуцепочечные разрывы в ДНК, она осуществляет это без затрат энергии АТФ. ДНК-топоізомерази-ферменти, що змінюють ступінь сверхспіральності і тип сверхспіралі. Шляхом одноланцюжковою розриву вони створюють шарнір, навколо якого нереплецірованний дуплекс ДНК, що знаходиться перед виделкою, може вільно обертатися. Це знімає механічне напруження, що виникає при розкручуванні двох ланцюгів в реплікативної вилці, що є необхідною умовою для її безперервного руху. ) обеспечивают разделение или образование катенанов - сцепленных кольцевых ДНК (образуются в результате репликации кольцевой ДНК), а также устранение узлов и спутанных клубков из длинной линейной ДНК. 9. Транскрипція, основні принципи синтезу РНК. РНК-полімерази прокаріотів та еукарют. Елонгація та термінація транскрипції. Транскрипція — процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається у всіх живих клітинах, іншими словами, це перенесення генетичної інформації з ДНК на РНК. У разі ДНК, що кодує білок, транскрипція є першим кроком біосинтезу білків, процесу, який кінець кінцем приводить до перекладу генетичного коду, через мРНК як проміжної ланки, у поліпептидну послідовність функціонального білка. Процес: рнк полимераза – білок, котрий опізнає промотор. Білок реп ресор садиться до оперону та починає синтезувати рнк. Коли реп ресор доходить до термінатора то він відділяется та відділется готова днк ( пре ірнк) З преірнк видаляємо шматочки,які потім плавають у ядрі. Тоді ферменти впізнають їх та відбувається сплайминг- зєднання їх. Якщо ірнк , то к ондому кінцю приєднується , а з другого полі «А» РНК-полімераза — фермент, що здійснює синтез молекул РНК. У вузькому сенсі, РНК-полімеразою зазвичай назвають ДНК-залежні РНК-полімерази, що здійснюють синтез молекул РНК на матриці ДНК, тобто здійснюють транскрипцію. Ферменти класу РНК-полімераз дуже важливі для функціювання клітини, тому вони є у всіх організмах і в багатьох вірусах. Хімічно РНК-полімерази є нуклеотиділ-трансферазами, що полімеризують рибонуклеотиди на 3'-кінці ланцюжка РНК. Типи рнк:рнк полімер аза 1 – веде синтез молекул ррнк і малих молекул так завною 5,88 ррнк по днк ядерця. На долю доводиться близько 80% усієї рнк клітини за масою. Рнк полімер аза 2 синтезує безліч різних ірнк що направляють у свою чергу синтез білків у рибосомах. Рнк полімер аза 3 в еукаріотів веде синтез стабільних малих молекул ірнк і 5с трнк. Остатння так само як і 5,8 с ррнк входить до складу великої субодиниці рибосоми еукаріот. |