Эволюция метаболизма, основанного на ДНК
Транскрипция РНК из ДНК с участием фермента РНК-полимеразы II
Мир РНК — гипотетический этап эволюционной истории жизни на Земле, в котором самореплицирующиеся молекулы РНК размножались до эволюции ДНК и белков.
Рекомбинация происходит в результате физического разрыва в хромосомах (М) и (F) и их последующего соединения с образованием двух новых хромосом (C1 и C2)
Дезоксирибонуклеиновая кислота и ее важность
Дезоксирибонуклеиновая кислота является материальным носителем генетической информации. Рассказываем, как открыли эту молекулу, почему она так важна и что можно узнать о своем здоровье из ДНК-теста.
Вплоть до 50-х годов XX века точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто не знал точно, сколько этих цепочек и как они соединены.
Разные формы нуклеиновых кислот. На рисунке (слева направо) представлены A (типична для РНК), B (ДНК) и Z (редкая форма ДНК)
Роль ДНК-тестов
ДНК-тестирование — лабораторное исследование биоматериала (слюны, крови, волос и т.д.), которое позволяет расшифровать генетическую информацию с какой-либо целью.
Что может показать ДНК-тест?
С помощью ДНК-теста можно идентифицировать человека (в юридических целях).
Информация о последовательности аминокислот белка содержится в мРНК. Три последовательных нуклеотида (кодон) соответствуют одной аминокислоте. В эукариотических клетках транскрибированный предшественник мРНК или пре-мРНК преобразуется в зрелую мРНК.
Значение ДНК
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это длинная и сложная молекула, упакованная внутри ядра клетки. В ней закодирована информация о том, какие белки и в каком количестве нужно производить, чтобы в организме поддерживались все функции: пищеварение, кровообращение, иммунитет и другие.
Гены определяют самые разные особенности человека: группу крови, цвет глаз и прочие признаки.
Основы днк и рнк
ДНК состоит из структурных повторяющихся элементов — нуклеотидов. Они бывают четырех видов: аденин, гуанин, тимин, цитозин. Нуклеотиды выстраиваются в две цепочки, которые закручены разнонаправленно друг к другу, образуя двойную спираль. На каждый виток спирали приходится десять пар оснований. Всего в одной молекуле ДНК человека содержатся 3 млрд пар нуклеотидов. В таком виде хранится генетический материал абсолютно всех живых организмов.
Гены
Ген — самая маленькая частичка информации. Несколько генов образуют ДНК, которая образует хромосомы. Геном — это совокупность наследственного материала одной клетки, он включает в себя все гены организма.
Рибонуклеиновая кислота (РНК)
Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов и играют важную роль в кодировании, прочтении, регуляции и экспрессии генов.
Молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов и принимают участие в различных процессах клетки. Все они состоят из нуклеотидов, включающих азотистые основания, пентозу и фосфорную кислоту.
| Виды оснований в составе ДНК |
|---|
| Аденин |
| Гуанин |
| Цитозин |
| Тимин |
Функции РНК
Некоторые высокоструктурированные РНК принимают участие в синтезе белка клетки, транспортируя необходимые аминокислоты. Однако функции РНК в современных клетках не ограничиваются этим. Рибозимы являются специфическими РНК, обладающими ферментативной активностью.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты — это высокополимерные соединения, содержащие пуриновые и пиримидиновые основания, пентозу и фосфорную кислоту. Они играют важную роль в хранении, реализации и передаче наследственной информации.
Структура нуклеотида
Нуклеотид состоит из азотистого основания, пятиугольного сахара (пентозы) и фосфорной кислоты. В них входят аденин, гуанин, цитозин, тимин (в ДНК) и урацил (в РНК).
Образование нуклеотидов
Азотистое основание + сахар = нуклеозид. Полученный нуклеозид соединяется с фосфорной кислотой, образуя нуклеотид.
Узнать больше о нуклеиновых кислотах, генетике и биологии поможет изучение ключевых понятий и структур данных молекул.
Формы ДНК
В зависимости от концентрации ионов и нуклеотидного состава молекулы двойная спираль ДНК в живых организмах существует в разных формах. На рисунке представлены формы A, B и Z (слева направо)
Структура ДНК
У подавляющего большинства живых организмов ДНК состоит не из одной, а из двух полинуклеотидных цепей. Эти две длинные цепи закручены одна вокруг другой в виде двойной спирали, стабилизированной водородными связями, образующимися между обращёнными друг к другу азотистыми основаниями входящих в неё цепей. В природе эта спираль, чаще всего, правозакрученная. Направления от 3-конца к 5-концу в двух цепях, из которых состоит молекула ДНК, противоположны (цепи антипараллельны друг другу).
Образование связей между основаниями
Комплементарность двойной спирали означает, что информация, содержащаяся в одной цепи, содержится и в другой цепи. Обратимость и специфичность взаимодействий между комплементарными парами оснований важна для репликации ДНК и всех остальных функций ДНК в живых организмах. Части молекул ДНК, которые из-за их функций должны быть легко разделяемы, например, ТАТА последовательность в бактериальных промоторах, обычно содержат большое количество А и Т.
Химические модификации азотистых оснований
Структура цитозина, 5-метилцитозина и тимина. Тимин может возникать путём деаминирования 5-метилцитозина
Структуры на концах хромосом
Структура ДНК (двойная спираль), В-форма. Различные атомы в структуре показаны в разных цветах; детальная структура двух пар оснований показана снизу справа
Двойная спираль (двойной винт) ДНК (правый, А-форма)
Распределение ДНК в клетках
В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органеллах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У прокариот и у низших эукариот (например дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, одно- или двухцепочечные молекулы ДНК могут образовывать геном ДНК-содержащих вирусов.
С химической точки зрения ДНК — длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в полимерной цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).
Генетическая информация и ее роль
Последовательность нуклеотидов позволяет кодировать информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК).
Типы РНК и их функции
- мРНК: содержит информацию о последовательности аминокислот в белке
- рРНК: служат основой для рибосом, сборка белка
- тРНК: доставляют аминокислоты к месту сборки белков
Эти типы РНК синтезируются на основе ДНК в процессе транскрипции и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции).
Регуляторные и структурные последовательности
Помимо кодирующих последовательностей, ДНК содержит последовательности, выполняющие в клетках регуляторные и структурные функции.
Роль ДНК в наследственности
ДНК является носителем генетической информации, передаваемой при делении клеток, образуя генетически идентичные клетки.
Экспрессия генов
Генетическая информация реализуется в процессах транскрипции (синтез РНК) и трансляции (синтез белков).
Некодирующие последовательности в геноме
В геноме часто встречаются участки, не кодирующие белок, такие как генетические паразиты, например транспозоны.
Итак, ДНК является ключевым компонентом генетической информации, играющей важную роль в жизнедеятельности организмов.
Генетическая информация, закодированная в ДНК, должна быть прочитана и в конечном итоге выражена в синтезе различных биополимеров, из которых состоят клетки. Последовательность оснований в цепочке ДНК напрямую определяет последовательность оснований в РНК, на которую она «переписывается» в процессе, называемом транскрипцией. В случае мРНК эта последовательность определяет аминокислоты белка. Соотношение между нуклеотидной последовательностью мРНК и аминокислотной последовательностью определяется правилами трансляции, которые называются генетическим кодом. Генетический код состоит из трёхбуквенных «слов», называемых кодонами, состоящих из трёх нуклеотидов (то есть ACT, CAG, TTT и т. п.). Во время транскрипции нуклеотиды гена копируются на синтезируемую РНК РНК-полимеразой. Эта копия в случае мРНК декодируется рибосомой, которая «читает» последовательность мРНК, осуществляя спаривание матричной РНК с транспортными РНК, которые присоединены к аминокислотам. Поскольку в трёхбуквенных комбинациях используются 4 основания, всего возможны 64 кодона (4³ комбинации). Кодоны кодируют 20 стандартных аминокислот, каждой из которых соответствует в большинстве случаев более одного кодона. Один из трёх кодонов, которые располагаются в конце мРНК, не означает аминокислоту и определяет конец белка, это «стоп» или «нонсенс» кодоны — TAA, TGA, TAG.
Вариант 3
Максимальное количество баллов – 56.
I. Дайте собственное определение терминам (4 балла):
II. Какие из ниже перечисленных веществ являются гетерополимерами (3 балла):
III. Какие из ниже перечисленных веществ являются полимерами (3 балла):
IV. Из ниже перечисленных веществ выберите олигосахариды (дисахариды) (2 балла):
V. Выбрать правильный ответ (4 балла):
1. Мономером ДНК является:
2. В состав жиров входит:
3. Вещества, регулирующие обмен веществ в организме:
4. Последовательность мономеров в белке называется:
а) первичная структура
б) вторичная структура
в) третичная структура
г) четвертичная структура
VI. Как отличаются по своим функциям ДНК и РНК (5 баллов)
VII. Уберите лишнее из списка: С, О, Cu, Na, Н. (1 балл)
VIII. Дана одна цепочка молекулы ДНК (Т-Г-А-А-Т-Ц-А-Ц). Постройте комплементарную ей вторую цепочку (5 баллов).
IX. Найдите ошибки в молекуле ДНК (5 баллов):
X. Найдите ошибки в молекуле РНК (2 балла):
XI. Подпишите напротив названия вещества цифры, соответствующие функциям, выполняемым данным веществом в клетке (17 баллов):
XII. Какие функции выполняют в клетке неорганические вещества? (5 баллов)
Вариант 4
II. Какие из ниже перечисленных веществ не являются гомополимерами (3 балла):
IV. Из ниже перечисленных веществ выберите полисахариды (4 балла):
1. Мономером РНК является:
2. В состав сахарозы входит:
3. В состав ДНК НЕ входит:
4. Структура, присущая только молекулам с массой более 60000 а.е.м:
VII. Уберите лишнее из списка: Mg, K, Pb, Na, Ca. (1 балл)
IX. Найдите ошибки в молекуле ДНК (3 балла):
XII. Какие функции выполняет в клетке вода? (5 баллов)
Вариант 5Творческий уровень
Максимальное количество баллов – 65.
I. По какому признаку химические элементы распределяются на макро-, микро- и ультрамикроэлементы? Приведите примеры. Предложите свою, альтернативную классификацию химических элементов по функциям в живой клетке. (10 баллов)
II. Какие неорганические молекулы и ионы входят в состав живой клетки? Приведите примет не менее 3-х молекул, 3-х катионов и 3-х анионов в составе клетки, и охарактеризуйте функции каждого. (15 баллов)
III. Проведите сравнительный анализ основных групп органических веществ клетки по строению и функциям (не менее 5-ти признаков сравнения). Результаты анализа оформите в виде таблицы (20 баллов):
IV. Молекула ДНК содержит 80000 остатков Аденина, что составляет 16 % от общего числа нуклеотидов в молекуле. Определите количество остальных нуклеотидов и длину данной молекулы ДНК (10 баллов)
V. Охарактеризуйте классификацию полимеров по строению и составу. Приведите примеры полимеров каждой группы. Какие сложные органические вещества не являются полимерами? Как это связано с их функциями в клетке? (10 баллов).
Вопросы для блицопроса по теме
1. На какие группы по содержанию в живых организмах делятся химические элементы?
2. Каково содержание макроэлементов?
3. Приведите примеры макроэлементов.
4. Что такое элементы-органогены?
5. Какие элементы относят к органогенам?
6. Каково содержание микроэлементов?
7. Приведите примеры микроэлементов.
8. Какие элементы относят к ультрамикроэлементам?
9. Приведите примеры ультрамикроэлементов.
10. Назовите две группы, на которые делятся все вещества в клетке.
11. Название вещества, которое создает большую часть массы клетки.
12. Перечислите функции воды в клетке.
13. Какие катионы входят в состав клетки?
14. Какие анионы входят в состав клетки?
15. Какие неорганические молекулы входят в состав клетки?
16. Что такое буферные системы?
17. Какие буферные системы клетки вы знаете?
18. Перечислите функции минеральных веществ клетке.
19. Каковы функции Nа+, К+?
20. Каковы функции Са2+?
21. Каковы функции Zn2+, Fе2+, Сu2+
22. Каковы функции Cl-, РО43-?
23. Название веществ с общей формулой (СН2О)n
24. Название сложного органического вещества, состоящего из соединенных вместе простых органических веществ.
25. Название структурного элемента полимера.
26. Полимер, мономеры которого располагаются в одну линию.
27. Полимер, состоящий из одинаковых мономеров.
28. Полимер, состоящий из разных мономеров.
29. Что является мономером белка?
30. Сколько видов аминокислот входит в состав белков?
31. Что является мономером крахмала?
32. Что является мономером целлюлозы?
33. Что является мономером гликогена?
34. Что является мономером нуклеиновой кислоты?
35. Из каких трех частей состоит любой нуклеотид?
36. Сколько видов нуклеотидов входит в состав ДНК?
37. Сколько видов нуклеотидов входит в состав РНК?
38. К какому виду полимеров по строению и составу относятся белки?
39. Чем протеины отличаются от сложных белков?
40. К какому типу полимеров по строению и составу относятся крахмал и гликоген?
41. К какому типу полимеров по строению и составу относится целлюлоза?
42. К какому типу полимеров по строению и составу относится хитин?
43. К какому типу полимеров по строению и составу относятся ДНК и РНК?
44. Число полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК?
45. Число полинуклеотидных цепей в молекуле РНК.
46. Какие виды РНК вы знаете?
47. Какого азотистого основания нет в молекуле ДНК?
48. Какого азотистого основания нет в молекуле РНК?
49. Пентоза, входящая в состав нуклеотидов ДНК.
50. Пентоза, входящая в состав нуклеотидов РНК.
51. Какие вещества входят в состав жиров?
52. К какой группе липидов относится холестерин?
Игра-зачет
Форма: тест с выбором ответа (типа «умники и умницы»)
Цель: поощрение класса; повторение и закрепление материала по теме; ознакомление с новыми терминами, контроль знаний по теме
Правила
а) учащиеся по очереди выходят к доске и садятся на стул (очередность определяется учителем в соответствии с успеваемостью);
б) ученик, ответивший правильно, имеет право отвечать на следующий вопрос. За каждый правильный ответ начисляется 1 балл;
в) ученик, ответивший неправильно, возвращается на место к идет своей очереди;
г) ученик, набравший 10 баллов, получает зачет-автомат и освобождается от зачета (либо получает дополнительную отметку, либо приз);
д) каждый вышедший к доске имеет право на 3 подсказки
• помощь класса;
• 50 на 50 – учитель убирает 2 неправильных ответа по своему усмотрению;
• звонок другу – 30 секунд для возможности воспользоваться литературой или записями).
(Для удобства ведущего правильные ответы выделены.)
Кислород относится к элементам:
Гиалуроновая кислота – это:
Шарообразные белки называются:
Гуанин относится к основаниям:
ДНК – это полимер:
Железо входит в состав:
Что не входит в состав ДНК?
Мономером гликогена является:
а) к гексозам
б) к прогнозам
в) к пентозам
г) к спинозам
Мономером белка не бывает:
Основную массу клетки составляет:
Рибофлавин – это витамин:
Лактоза – это:
г) научное название молока
Сера входит в состав:
К гексозам относится:
В РНК есть, а в ДНК нет:
Сколько видов нуклеотидов входят в состав ДНК?
Лактоза – это:
б) вид склероза
г) молочный сахар
Тиамин – это витамин:
Протеин можно назвать:
г) ушным элементом
Крахмал – это полимер:
Пантотеновая кислота – это:
а) жирная кислота
б) полужирная кислота
г) витамин В3
Аминокислоты, которые не синтезируются в клетках человека, называются:
Сахароза – это:
Буферная система – это такая химическая система, благодаря которой в клетке сохраняется постоянство:
г) мира во всем мире
- Азот входит в состав:
г) ПЯТЫМ элементом
- Сахароза – это:
г) сладкая зараза
пиридоксин – это витамин:
РНК – это кислота:
Сахароза – это:
Фосфор входит в состав:
Кобальт входит в состав витамина:
цепи ДНК соединяются по принципу:
И-РНК – это:
к триозам относится:
в) молочная кислота
г) лимонная кислота
Сахараза – это:
Полимер, состоящий из одинаковых мономеров:
К гексозам относится:
а) лимонная кислота
б) гиалуроновая кислота
г) пировиноградная кислота
- Сколько видов аминокислот входит в состав белка?
г) сколько угодно
- Витамином С называется:
б) аскорбиновая кислота
в) глутаминовая кислота
- Сколько видов нуклеотидов входит в состав целлюлозы?
а) больше 2
г) меньше одного
- У гемоглобина есть, а у инсулина нет:
а) первичной структуры
б) вторичной структуры
в) третичной структуры
г) четвертичной структуры
Сколько атомов фосфора входит в состав АТФ?
Как по-русски называется целлюлоза?
«Шапочка» М-РНК состоит из измененного:
Карбамид – это:
г) аргентинская фамилия
Сахароза – это:
Тестостерон – это:
а) очищенный крахмал
б) женский половой гормон
в) мужской половой гормон
г) витамин D
Белки, входящие в состав хромосом, называются:
«хвост» М-РНК состоит из:
Частицы с положительным зарядом называются:
Какое вещество не является углеводом?
а) к липидам
б) к цианидам
в) к нуклеотидам
г) к углеводам
- Сколько атомов кислорода входит в состав воды?
г) от 2 до 19
- Полимер, мономеры которого располагаются в одну линию:
б) неразветвленный полимер
в) разветвленный полимер
Полимер, мономеры которого располагаются в две линии:
В Животных есть, а в растениях нет:
Процесс утраты белковой молекулой своей структурной организации называется:
Ретинол – это витамин
В состав аминокислот не входит:
У растений крахмал, а у животных:
«Биосинтез белка. Генетическая информация»
Максимальное количество баллов – 41.
I. Ответьте, правильно ли данное высказывание (да – нет) (5 баллов)
1. Антикодон т-РНК УУЦ соответствует кодону м-РНК ААГ.
2. 1 аминокислота кодируется несколькими кодонами (триплетами).
3. 1 кодон кодирует несколько аминокислот.
4. 1 ген эукариот кодирует один белок.
5. 1 ген прокариот (оперон) кодирует 1 белок.
II. Выберите правильные ответы (6 баллов)
1. Оператор – это:
б) отвечает за присоединение РНК-полимеразы к гену
в) управляет активностью гена
2. Каждая аминокислота кодируется:
а) 2 нуклеотидами
б) 4 нуклеотидами
в) 1 нуклеотидом
г) 3 нуклеотидами
3. Процесс переписывания информации с ДНК на и-РНК называется:
4. Аминокислоты к месту сборки белка доставляются молекулами:
5. Антикодон т-РНК УУЦ соответствует триплету ДНК:
III. Пользуясь таблицей генетического кода, напишите структуру участка белковой молекулы, соответствующего участку ДНК: ААЦГГТАТАЦГГГАЦ (10 баллов)
IV. Уберите лишнее: Экзон, оператор, промотор, ген, интрон (5 баллов)
V. Опишите подробно процессы по схеме: ДНК (ген)
белок (15 баллов)
Вариант 2
1. Антикодон т-РНК ГУЦ соответствует кодону м-РНК ЦАГ.
2. 1 аминокислота кодируется одним кодоном (триплетом).
3. 1 кодон кодирует одну аминокислоту.
5. 1 ген прокариот кодирует несколько белков.
4. Информация из ядра к рибосоме доставляется молекулами:
5. Антикодон т-РНК УУА соответствует триплету ДНК:
III. Пользуясь таблицей генетического кода, напишите структуру участка белковой молекулы, соответствующего участку ДНК: ГАТГАААТАЦГГТАЦ (10 баллов)
1. Антикодон т-РНК УАА соответствует кодону м-РНК АУУ.
4. 1 ген эукариот кодирует несколько белков.
5. 1 ген (оперон) прокариот кодирует один белок.
1. Промотор – это:
2. Одну аминокислоту кодируют:
3. Процесс перевода информации с м-РНК в белок называется:
Максимальное количество баллов – 40.
1. Антикодон т-РНК УУЦ соответствует кодону м-РНК УУЦ.
2. 1 нуклеотид кодирует 1 аминокислоту.
3. 1 кодон кодирует 1 аминокислоту.
II. Выберите правильные ответы (5 баллов)
1. Экзон – это:
а) 1 нуклеотидом
б) 2 нуклеотидами
в) 3 нуклеотидами
г) 4 нуклеотидами
3. Процесс переписывания информации с ДНК на ДНК называется:
5. Антикодон т-РНК ААА соответствует триплету ДНК:
I. В чем биологический смысл деления гена на участки? (5 баллов)
II. Нарисуйте и опишите подробную схему пути информации от молекулы ДНК (гена) к молекуле белка (15 баллов)
III. Охарактеризуйте свойства генетического кода. Как объяснить вырожденность генетического кода? Предложите гипотезу. (10 баллов)
IV. В молекуле белка инсулина 51 аминокислотный остаток. Сколько нуклеотидов находится в ДНК, кодирующей этот белок? Какова длина этой молекулы ДНК? (5 баллов)
V. На планете Смерть Белоснежки белки состоят из семи видов аминокислот, а ДНК образована нуклеотидами трёх видов: аурин (А), бодрин (Б), валокордин (В). Сколько нуклеотидов должно входить в генетический код живых существ этой планеты? Ответ обоснуйте. Предложите свою таблицу генетического кода и названия для всех семи аминокислот. Приведите пример коротенького белка (не более 5-ти аминокислот) и соответствующего ему гена (без интронов, оператора, промотора и «стопа»! только информация экзонов) (30 баллов)
1. Сколько нуклеотидов входит в кодон?
2. Сколько нуклеотидов входит в триплет?
3. Какое свойство генетического кода характеризуется тем, что одна аминокислота кодируется несколькими разными кодонами?
4. Какое свойство генетического кода характеризуется тем, что 1 кодон всегда кодирует только одну аминокислоту?
5. Что такое универсальность генетического кода?
6. Сколько видов аминокислот принимает участие в синтезе белка?
7. Назовите участки гена.
8. Как называется участок гена, отвечающий за активность гена? 9. Название фермента, создающего РНК-копию гена.
10. К какому участку гена подходит РНК-полимераза?
11. Как называются вставки в информационный участок гена, не несущие информации?
12. Как называются участки гена, содержащие информацию о структуре белка? 13. Название 1-го этапа биосинтеза – считывание информации с ДНК на РНК
14. В какой части клетки происходит транскрипция?
15. Название 2-го этапа биосинтеза – построение белка на рибосоме.
16. В какой части клетки происходит трансляция?
17. Назовите этапы трансляции.
18. Что такое полисомы?
19. Название процесса вырезания интронов.
20. Название процесса склеивания экзонов.
21. Как устроена м-РНК?
22. Зачем нужна «шапочка» м-РНК?
23. Зачем м-РНК полиадениловый «хвост»?
24. Что такое и-РНК?
25. Сколько субъединиц в рибосоме?
26. Какое вещество доставляет аминокислоты к рибосоме?
27. Почему количество видов т-РНК больше, чем число видов аминокислот?
28. Что такое антикодон?
29. Зачем нужны в м-РНК кодоны, которым не соответствуют никакие антикодоны в т-РНК?
30. Какие ещё гены, кроме генов, кодирующих первичную структуру белка, вы знаете?
31. Что такое оперон?
32. Чем оперон отличается от гена?
Химический состав и модификации мономеров
Химическое строение полинуклеотида РНК
Сравнение с ДНК
Между ДНК и РНК есть три основных отличия:
Взаимодействие с белками
Взаимодействие фактора транскрипции STAT3 с ДНК (показана в виде синей спирали)
Все функции ДНК зависят от её взаимодействия с белками. Взаимодействия могут быть неспецифическими, когда белок присоединяется к любой молекуле ДНК, или зависеть от наличия особой последовательности. Ферменты также могут взаимодействовать с ДНК, из них наиболее важные — это РНК-полимеразы, которые копируют последовательность оснований ДНК на РНК в транскрипции или при синтезе новой цепи ДНК — репликации.
Структурные и регуляторные белки
В клетке ДНК находится в компактном, т. н. суперскрученном состоянии, иначе она не смогла бы в ней уместиться. Для протекания жизненно важных процессов ДНК должна быть раскручена, что производится двумя группами белков — топоизомеразами и хеликазами.
Нуклеазы и лигазы
ДНК-лигаза I (кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка, показанных разными цветами), лигирующая повреждённую цепь ДНК
История открытия ДНК
В 1860-х годах швейцарский врач Фридрих Мишер изучал состав клеток крови (лейкоцитов) и выделил новую молекулу, которую назвал «нуклеин».
Важность этого открытия была осмыслена намного позже, когда в 1953 году двое ученых — англичанин Фрэнсис Крик и американец Джеймс Уотсон из Кембриджского университета — открыли структуру ДНК. На тот момент уже были накоплены некоторые данные о том, что ДНК является носителем генетической информации. Исследователи надеялись, что тайна гена может быть раскрыта, когда будет определена структура ДНК.
Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон построили модель ДНК, опираясь на результаты эксперимента Розалинд Франклин. Благодаря их работе стало известно, что все живые организмы создаются по «инструкции», заложенной в ДНК. Молекула ДНК представляет собой двойную спираль диаметром два нанометра и состоит из последовательности нуклеотидов (A, T, G, С). Это выдающееся открытие повлияло на ход развития науки.
Значение ДНК
Современная генетика позволяет родителям выбрать пол ребенка. По биоэтическим соображениям искусственное планирование пола при ЭКО запрещено во многих странах, в том числе и в России. В репродуктивных клиниках США и на Кипре эта технология применяется для балансировки семьи и профилактики генетических заболеваний.
Редактирование генома
В ближайшие пять лет мы можем увидеть ряд технологий редактирования генома, которые позволят лечить редкие наследственные заболевания. Люди с тяжелыми диагнозами смогут жить долго и не иметь серьезных проблем со здоровьем.
Геномы, состоящие из РНК
Жизненный цикл вируса с РНК геномом на примере полиовируса: 1 — присоединение исходного вириона к рецептору; 2 — вирион попадает в клетку; 3 — трансляция белков вируса с его РНК с образованием полипептида; 4 — полимеразы вируса размножают его РНК
Как и ДНК, РНК может хранить информацию о биологических процессах. РНК может использоваться в качестве генома вирусов и вирусоподобных частиц. РНК-геномы можно разделить на те, которые не имеют промежуточной стадии ДНК и те, которые для размножения копируются в ДНК-копию и обратно в РНК (ретровирусы).
Многие вирусы, например, вирус гриппа, на всех стадиях содержат геном, состоящий исключительно из РНК. РНК содержится внутри обычно белковой оболочки и реплицируется с помощью закодированных в ней РНК-зависимых РНК-полимераз. Вирусные геномы, состоящие из РНК разделяются на
Ретровирусы и ретротранспозоны
Какой нуклеотид из перечисленных входит в состав ДНК?А) дТДФ.Б) дГМФ.В) дУМФ.Г) дАТФ.
Коснитесь карточки, чтобы перевернуть ее 👆
Какой нуклеотид из перечисленных входит в состав ДНК?А) дТДФ.Б) дТМФ.В) дУМФ.Г) дТТФ.
Какой нуклеотид из перечисленных входит в состав ДНК?А) дУМФ.Б) дТДФ.В) дАМФ.Г) дАТФ.
Какой нуклеотид из перечисленных входит в состав ДНК?А) дУМФ.Б) дАДФ.В) дГМФ.Г) дУТФ.
С помощью каких связей формируется первичная структура нуклеиновых кислот?А) Гликозидные.Б) 3′,5′-фосфодиэфирные.В) Водородные.Г) Гидрофобные.
Какая связь присутствует в нуклеозиде?А) N-гликозидная связь.Б) О-гликозидная связь.В) Пептидная связь.Г) Сложноэфирная связь.
Каким способом нуклеотиды образуют пары оснований в ДНК?А) Через водородные связи между комплементарными основаниями.Б) Через полярные ковалентные связи междукомплементарными основаниями.В) Через гидрофобные связи между комплементарными основаниями.Г) Ни один из вариантов.
Какие соединения являются мономерами нуклеиновых кислот?А) Нуклеозиды.Б) Азотистые основания.В) Нуклеотиды.Г) Аминокислоты.
Выберите, что относится к нуклеопротеинам.А) Рибосомы.Б) Пероксисомы.В) Липосомы.Г) Лизосомы.
Какая молекула осуществляет перенос генетической информации от ДНК к месту синтеза белка?А) ДНК-полимераза.Б) мРНК.В) тРНК.Г) рРНК.
Между какими парами оснований возникают водородные связи в молекулах ДНК?А) А-Г.Б) А-Т.В) Г-У.Г) Т-Ц.
Между какими парами оснований возникают водородные связи в молекулах ДНК?А) А-Г.Б) Г-Ц.В) Г-У.Г) Т-У.
В каком типе нуклеиновых кислот присутствует тимин?А) рРНК.Б) мРНК.В) ДНК.Г) тРНК.
Выберите верное утверждение.А) Антикодон находится в молекуле тРНК.Б) Антикодон находится в молекуле мРНК.В) Антикодон находится аминокислоту.Г) Антикодон находится в молекуле ДНК.
Что такое кодон?А) Последовательность из трёх мононуклеотидов в составе мРНК.Б) Мононуклеотид в составе мРНК.В) Последовательность из трёх мононуклеотидов в составе тРНК.Г) Три мононуклеотида в ДНК, кодирующие последовательность аминокислот в белке.
Мутации и повреждения ДНК
1. Генные мутации
Что такое. Выпадение, вставка, замена, удвоение или изменение последовательности участков ДНК.
На что влияют. Генные мутации могут привести к нарушениям эндокринной, психической, нервной и других систем организма. В результате могут возникнуть сахарный диабет, атеросклероз, гипертоническая болезнь и многие другие заболевания.
Как появляются. При сочетании неблагоприятных внешних условий и индивидуальных особенностей генома.
2. Хромосомные мутации
Что такое. Непредсказуемые изменения в структуре хромосом. Это может быть как потеря генетического материала в результате выпадения хромосомы или ее части, так и добавление новой части.
На что влияют. Нарушения физического и психического развития индивида, строения органов.
Как появляются. В результате разрыва обеих нитей спирали ДНК, которые находятся в пределах нескольких пар оснований.
3. Геномные мутации
Что такое. Мутации, которые приводят к изменению числа хромосом в геноме. Различают два вида геномных мутаций: полиплоидию и анеуплоидию. В первом случае происходит кратное увеличение числа хромосом (в два, три, четыре раза). При анеуплоидии появляется или теряется одна-две хромосомы.
На что влияют. Возникают заболевания:
Как появляются. В результате нестандартного расхождения хромосом в процессе деления.
Мутагены
Мутагенами называют физические, химические и биологические факторы внешней среды, вызывающие мутации. К физическим мутагенам относят различные типы излучений и температуру. Химическими мутагенами являются бензпирен, азотистая кислота, никотин, наркотические вещества и другие химические соединения. Биологическими мутагенами являются многие вирусы и некоторые растения. Рассмотрим примеры мутагенов.
1. Ультрафиолетовое излучение
Долго пребывать на солнце и не использовать защитный крем вредно. Под воздействием ультрафиолета может произойти разрыв связи между двумя цепочками ДНК. Особенно ультрафиолетовое излучение опасно для клеток кожи — это повышает риск развития рака кожи.
Это химическое соединение входит в состав нефти и бензина и широко применяется в производстве пластмасс и лекарств. Бензол обладает мощной мутагенной активностью и имеет свойство накапливаться в организме. Систематическое отравление бензолом даже в небольших количествах может спровоцировать генетические заболевания.
3. Активные формы кислорода
Эти опасные органические соединения содержатся в продуктах, долго хранящихся в жарком и влажном месте. В основном они появляются на зернах, семенах, плодах растений с высоким содержанием масла. Регулярная доза такого вещества в организме может привести к циррозу и раку печени.