128
Введение в молекулярную биологию Миронов Андрей Александрович

Введение в молекулярную биологию

  • Upload
    etan

  • View
    74

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Введение в молекулярную биологию. Миронов Андрей Александрович. Литература. Э.Рис, М.Стернберг Введение в молекулярную биологию (Мир, 2002; оригинал 1984) http://rnp-group.genebee.msu.su/lectures (А. Головин) Б.Льюин «Гены» (Мир, 1987) - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Введение в молекулярную биологию

Введение в молекулярную биологию

Миронов Андрей Александрович

Page 2: Введение в молекулярную биологию

Литература• Э.Рис, М.Стернберг

Введение в молекулярную биологию(Мир, 2002; оригинал 1984)

• http://rnp-group.genebee.msu.su/lectures (А. Головин)

• Б.Льюин «Гены» (Мир, 1987)• Б.Албертс - … - Дж. Уотсон «Молекулярная

биология клетки»(Мир, 1994; оригинал 1989)

• М.Сингер, П.Берг «Гены и геномы»(Мир, 1998; оригинал 1991)

Page 3: Введение в молекулярную биологию

Программа

• Лекция 1 – Биополимеры и их структуры

• Лекция 2 – Процессы передачи информации

• Лекция 3 – Регуляция

• ЗАЧЕТ (можно в начале второго семестра)

Page 4: Введение в молекулярную биологию

Молекулярная биология

• Структура биополимеров• Функции биополимеров• Молекулярные механизмы

Page 5: Введение в молекулярную биологию

1.Структуры

Page 6: Введение в молекулярную биологию

ДНК

• хранение генетической информации, наследственность

• линейный сополимер ортофосфорной кислоты и дезоксирибозы, выделенный Ф. Мишером в 1869 из ядер (nucleus) лейкоцитов

Page 7: Введение в молекулярную биологию

Полинуклеотидная цепь ДНК

Page 8: Введение в молекулярную биологию

Гетероциклические основания Гетероциклические основания (нуклеотиды)(нуклеотиды)

T A

C G

ПуриныПиримидины

Page 9: Введение в молекулярную биологию

Комплементарные парыКомплементарные пары

ПуриныПиримидины

Page 10: Введение в молекулярную биологию

Изогеометричность комплементарных пар

Page 11: Введение в молекулярную биологию

Двойная спираль ДНК (вид с торца)

Page 12: Введение в молекулярную биологию

Двойная спираль ДНК (вид сбоку)

Широкая бороздаУзкая борозда

Стэкинг-взаимодействие

Page 13: Введение в молекулярную биологию

Ориентированность цепей

5’конец

5’конец

3’конец

3’конец

Page 14: Введение в молекулярную биологию

Стандартная запись последовательности

Направление с 5’ к 3’концу

5’ gagttttatc gcttccatga cgcagaagtt

Комплементарная последовательность

3’ ctcaaaatag cgaaggtact gcgtcttcaa

5’aacttctgcg tcatggaagc gataaaactc

Page 15: Введение в молекулярную биологию

1020 нуклеотидов из 5386 нт. генома фага фХ174

1 gagttttatc gcttccatga cgcagaagtt aacactttcg gatatttctg atgagtcgaa 61 aaattatctt gataaagcag gaattactac tgcttgttta cgaattaaat cgaagtggac 121 tgctggcgga aaatgagaaa attcgaccta tccttgcgca gctcgagaag ctcttacttt 181 gcgacctttc gccatcaact aacgattctg tcaaaaactg acgcgttgga tgaggagaag 241 tggcttaata tgcttggcac gttcgtcaag gactggttta gatatgagtc acattttgtt 301 catggtagag attctcttgt tgacatttta aaagagcgtg gattactatc tgagtccgat 361 gctgttcaac cactaatagg taagaaatca tgagtcaagt tactgaacaa tccgtacgtt 421 tccagaccgc tttggcctct attaagctca ttcaggcttc tgccgttttg gatttaaccg 481 aagatgattt cgattttctg acgagtaaca aagtttggat tgctactgac cgctctcgtg 541 ctcgtcgctg cgttgaggct tgcgtttatg gtacgctgga ctttgtggga taccctcgct 601 ttcctgctcc tgttgagttt attgctgccg tcattgctta ttatgttcat cccgtcaaca 661 ttcaaacggc ctgtctcatc atggaaggcg ctgaatttac ggaaaacatt attaatggcg 721 tcgagcgtcc ggttaaagcc gctgaattgt tcgcgtttac cttgcgtgta cgcgcaggaa 781 acactgacgt tcttactgac gcagaagaaa acgtgcgtca aaaattacgt gcggaaggag 841 tgatgtaatg tctaaaggta aaaaacgttc tggcgctcgc cctggtcgtc cgcagccgtt 901 gcgaggtact aaaggcaagc gtaaaggcgc tcgtctttgg tatgtaggtg gtcaacaatt 961 ttaattgcag gggcttcggc cccttacttg aggataaatt atgtctaata ttcaaactgg

Page 16: Введение в молекулярную биологию

Размеры ДНК

Организмы Число пар оснований

Длина (м)

Фаги и вирусы 103 – 105 10-6

Бактерии 106 – 107 10-3

Дрожжи 107 – 108 10-2

Животные 109 – 1010 1

Page 17: Введение в молекулярную биологию

ДНК• Функция: хранение генетической

информации, наследственность• СЛОВА:• Нуклеотиды• Комплементарность• Пурины и пиримидины• Шаг спирали• Широкая и узкая борозда

Page 18: Введение в молекулярную биологию

РНК

• мРНК - перенос информации от ДНК к белку

• хранение генетической информации (вирусы и фаги)

• рибозимы - катализ• рРНК - структура (+ катализ)• тРНК - трансляция• регуляция

Page 19: Введение в молекулярную биологию

Отличие РНК от ДНК

OCH2

H1’

2’3’

4’

5’

OHO

PO3

C

N

CN

CH

CH

OH

OOCH2

H1’

2’3’

4’

5’

HO

PO3

C

NH

CN

CH

C

O

O

CH3

ДНК РНК

Page 20: Введение в молекулярную биологию

Однонитевая цепь

5’-accgaagccuugcg cgcaaggcuucggu-3’cgua gc

Page 21: Введение в молекулярную биологию

cgcaaggcuucggu-3’5’-accga

agccuugc

g

Однонитевая цепь

cgua gc

Page 22: Введение в молекулярную биологию

cgcaaggcuucggu-3’5’-accgaagccuugcg

Однонитевая цепь

cgua gc

Page 23: Введение в молекулярную биологию

cgcaaggcuucggu-3’

Шпилька

5’-accga

agccuu

gcgcgua gc

||||||||||||||

Page 24: Введение в молекулярную биологию

Более сложные структуры

Еще один тип пары: GU

Page 25: Введение в молекулярную биологию

Вторичная структура тРНК

Page 26: Введение в молекулярную биологию

Пространственная структура тРНК

Page 27: Введение в молекулярную биологию

Вторичная структура рРНК

Page 28: Введение в молекулярную биологию

Третичные взаимодействия

• Неканонические взаимодействия между неспаренными основаниями

• Взаимодействия между спиралями

Page 29: Введение в молекулярную биологию

Белки

• ферментативный катализ• транспорт• структура (цитоскелет и т.п.)• передача сигнала

Page 30: Введение в молекулярную биологию

фосфолипиды

Page 31: Введение в молекулярную биологию

Вид биологической мембраны

Page 32: Введение в молекулярную биологию

Как читают ДНК?

M13E.coli

1. Разбивают на фраггменты

2. Клонируют в фаге M13 3. Получают много однонитевых ДНК

Page 33: Введение в молекулярную биологию

Как читают ДНК ?

Праймер

ДНК-полимеразаA

C

G

TA*

A

C

G

T

A

C

G

TA*

A

CT A

C

G

TA*

A

CT

A*

G

Page 34: Введение в молекулярную биологию

Как читают ДНК ?

A*A*

A*A*

A*

-a-----a--------a--a---a-aa---aa-a------ ---------c-c--cc----c-c---------c-c---c- g-g-------g-------g--g--g--g-----------g ---tttt-t---tt---t----------tt-----ttt-- gagttttatcgcttccatgacgcagaagttaacactttcg

Page 35: Введение в молекулярную биологию

Восстановление последовательности

Фрагменты

Контиг

Page 36: Введение в молекулярную биологию

2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Page 37: Введение в молекулярную биологию

Центральная догма

Page 38: Введение в молекулярную биологию

Основные процессы

• Транскрипция• Трансляция• Репликация

Page 39: Введение в молекулярную биологию

Транскрипция =матричный синтез

РНК по ДНК

Page 40: Введение в молекулярную биологию

Транскрипция in vivo

Page 41: Введение в молекулярную биологию

Знаки препинания на ДНК

• Начало транскрипции – промотор• Конец транскрипции – терминатор

Page 42: Введение в молекулярную биологию

Инициаторный комплекс

Page 43: Введение в молекулярную биологию

Промоторы•recA cgttgatactgtatgagcatacagtataatgcta•rpsL attgacaccttttcggcatcgccctaaaatctga•aroF tgttgaaaactttactttatgtgttatcgtggca•lpdA ttttaaaaattgttaacaattttgtaaaatagta•cyoA tttacagtaatgtaaccttcccgtaaaatgtcac•uvrD aattggcatctctgacctcgctgatataatacct•atpI gttgaaatcacgggggcgcaccgtataatttagg•tonB ttgaatatgattgctatttgcatttaaaatgcat•rpsU tttacaaagcagcagcaattgcagtaaaattata•cirA cttgataattgttatcgtttgcattatcgtggtg•fur ttttcatttaggcgtggcaattctataatttatg•ampC attgtcacgctgattggtgtcgttacaatgacac•uvrB gtgatgaactgtttttttatccagtataatgaac•argC cttgacacacctctggtcatgatagtatgagtgt•rpmH cttgactccggagtgtacaattattacaatctgt•rplT gttaacgtttttaactttttaattagaatgtcac•gyrA tttacctcaaactgcgcggctgtgttataatgca

Page 44: Введение в молекулярную биологию

Промоторы•recA ttgatactgtat---gagcatacagtataat•rpsL ttgacaccttttc--ggcatcgccctaaaat•aroF ttgaaaacttta---ctttatgtgttatcgt•lpdA tttaaaaattgtt--aacaattttgtaaaat•cyoA tttacagtaatgt--aaccttcccgtaaaat•uvrD ttggcatctctg---acctcgctgatataat•atpI ttgaaatcacgg---gggcgcaccgtataat•tonB ttgaatatgattgc-tatttgcatttaaaat•rpsU tttacaaagcagca-gcaattgcagtaaaat•cirA ttgataattgtta--tcgtttgcattatcgt•fur ttttcatttaggc--gtggcaattctataat•ampC ttgtcacgctga---ttggtgtcgttacaat•uvrB gtgatgaactgttt-ttttatccagtataat•argC ttgacacacct----ctggtcatgatagtat•rpmH ttgactccggagt--gtacaattattacaat•rplT ttaacgttttta---actttttaattagaat•gyrA tttacctcaaactgcgcggctgtgttataat

Гилберт-бокс(-35)

Прибноу-бокс(-10)

Page 45: Введение в молекулярную биологию

Промотор

Page 46: Введение в молекулярную биологию

Слабые промоторы• carB ttatcgagttaattgagcagtaccgtaaaac• nagB tttactggctaaa--ccagaaaacttatttt• ilvG ttgccagcccacgg-tcggtcgacttactgt• cysK atgtcattattt---cccttctgtatataga• smp ttgcttctggca---acattaagtctcaaat• amn gtgacatacta----tcggatgtgcggtaat• ileR atgccagcagag---ttttttatgcgttaat• fabB ttgttcggcgtac--aagtgtacgctattgt• dnaN atatcaaagaag---atttttcaaatttaat• argC tcgataaatggcg--gtaatttgtttttcat• araB ctgacgcttttt---atcgcaactctctact• sulA ttgtcactggatgt-actgtacatccataca• trpR gttactgatccgc--acgtttatgatatgct• dnaN ttgcaggaaaaact-ggtcaccatcgacaat• cspA ttgcatcacccgc--caatgcgtggcttaat• rpsU tcgcccctggaga--aagcctcgtgtatact• rpoH ttcacaagcttgcattgaacttgtggataaa

Page 47: Введение в молекулярную биологию

Lac - промотор

gcgcccaatacgcaaaccgcctctccccgcgcgttggccgattcattaatgcagctggca

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtatgttgtgtggaat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

cggtacccggggatcctctagagtcgacctgcaggcatgcaagcttggcactggccgtcg

ttttacaacgtcgtgactgggaaaaccctggcgttacccaacttaatcgccttgcagcac

atccccctttcgccagctggcgtaatagcgaagaggcccgcaccgatcgcccttcccaac

agttgcgcagcctgaatggcgaatggcgcctgatgcggtattttctccttacgcatctgt

Page 48: Введение в молекулярную биологию

Lac - промотор

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtatgttgtgtggaat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

Page 49: Введение в молекулярную биологию

Lac - промотор

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtatgttgtgtggAat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

Page 50: Введение в молекулярную биологию

Lac - промотор

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggcTTtACActttatgcttccggctcgTATgtTgtgtggAat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

Page 51: Введение в молекулярную биологию

Элонгация Транскрипции

ДНК

РНК

5’

pppA

pppApppC

pppU

pppU

pppG

pppC

Скорость транскрипции = 100 нукл./сек.

Page 52: Введение в молекулярную биологию

Терминация транскрипции

Page 53: Введение в молекулярную биологию

Инициация транскрипции у эукариот

Промоторная область – 1000 нуклеотидов

Факторы транскрипции (разные и много)

Энхансер (участок на ДНК)

Page 54: Введение в молекулярную биологию

Слова про транскрипцию

• Транскрипция• Инициация транскрипции - субъединица• Элонгация транскрипции• Терминация транскрипции • Промотор • Сайт связывания• Скорость транскрипции

Page 55: Введение в молекулярную биологию

Процессинг РНК(сплайсинг, кепирование, поладенилирование)

Page 56: Введение в молекулярную биологию

Ген кональбумина

интроны (7500 пн) 17 экзонов (2500 пн)

Бывают интроны более 1 млн нукл.

Page 57: Введение в молекулярную биологию

Механизм сплайсинга

Page 58: Введение в молекулярную биологию

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг позволяет продуцировать с одного гена несколько вариантов белка

Page 59: Введение в молекулярную биологию

Слова

• Посттранскрипционная модификация РНК

• Кэпирование• Полиаденилирование• Сплайсинг• Альтернативный сплайсинг • Пре-мРНК• мРНК

Page 60: Введение в молекулярную биологию

Трансляция = матричный синтез белка

Генетический код – соответствие нуклеотидной последовательности

аминокислотной

• триплетный• неперекрывающийся• вырожденный

Page 61: Введение в молекулярную биологию

Универсальный генетический кодA T G C

A AAA lys ATA Ile AGA Arg ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG Arg ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA *** TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Leu CGA Arg CCA ProCAT His CTT Leu CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Leu CGG Arg CCG ProCAC His CTC Leu CGC Arg CCC Pro

Page 62: Введение в молекулярную биологию

генетический код митохондрий млекопитающихA T G C

A AAA lys ATA Met AGA *** ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG *** ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA Trp TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Leu CGA Arg CCA ProCAT His CTT Leu CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Leu CGG Arg CCG ProCAC His CTC Leu CGC Arg CCC Pro

Page 63: Введение в молекулярную биологию

Митохондрии дрожжей A T G C

A AAA lys ATA Met AGA Arg ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG Arg ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA Trp TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Thr CGA Arg CCA ProCAT His CTT Thr CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Thr CGG Arg CCG ProCAC His CTC Thr CGC Arg CCC Pro

Thr

Page 64: Введение в молекулярную биологию

Митохондрии дрозофилыA T G C

A AAA lys ATA Met AGA Ser ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG Ser ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA Trp TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Leu CGA Arg CCA ProCAT His CTT Leu CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Leu CGG Arg CCG ProCAC His CTC Leu CGC Arg CCC Pro

Page 65: Введение в молекулярную биологию

Нестандартный код

• Митохондрии• Хлоропласты• Микоплазмы• Простейшие• Всего известно 23 таблиц

Page 66: Введение в молекулярную биологию

Действующие лица• Аминоацил-тРНК-синтетазы –

осуществляют декодирование• Транспортные РНК (тРНК) – посредник,

переносит аминокислоту к кодону• Матричная РНК (мРНК) – промежуточный

носитель информации• Рибосомы – осуществляют матричный

синтез• Факторы – белки, которые помогают

рибосоме (в частности снабжают процесс энергией –GTP)

Page 67: Введение в молекулярную биологию

Транспортная РНК

Page 68: Введение в молекулярную биологию

Аминоацил-тРНК-синтетаза и тРНК

Page 69: Введение в молекулярную биологию

Рибосома

Page 70: Введение в молекулярную биологию

Состав рибосомы

• Две субчастицы: 30S и 50S• Рибосомная РНК (рРНК):

– 5S– 16S– 23S

• Около 50 белков

Рибосомные гены многократно дуплицированы

Page 71: Введение в молекулярную биологию

Структура рибосомы (малая субчастица)

Page 72: Введение в молекулярную биологию

Инициация трансляции

f-Met

Page 73: Введение в молекулярную биологию

Инициаторный кодон

• В бактериях бывают ATG (Met) и GTG (Val)

• В эукариотах только ATG (Met)• Всегда начинается с f-Met :

C NH

O

CH

CH2

S

CH3

CH

R

NHC

O

H

Page 74: Введение в молекулярную биологию

Где начинается трансляция? прокариоты

dnaN ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATGgyrA GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATGserS TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATGbofA CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATGcsfB GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATGxpaC ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATGmetS ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATGgcaD AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATGspoVC TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATGftsH GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATGpabB AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATGrplJ CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATGtufA AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATGrpsJ TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATGrpoA CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATGrplM AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG

Page 75: Введение в молекулярную биологию

Где начинается трансляция? прокариоты

dnaN ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATGgyrA GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATGserS TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATGbofA CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATGcsfB GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATGxpaC ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATGmetS ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATGgcaD AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATGspoVC TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATGftsH GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATGpabB AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATGrplJ CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATGtufA AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATGrpsJ TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATGrpoA CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATGrplM AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG

Последовательность Шайна-Дальгарно (SD)

Page 76: Введение в молекулярную биологию

Где начинается трансляция? Эукариоты

• Как правило, первый ATG-кодон. Иногда – второй, редко -третий

Page 77: Введение в молекулярную биологию

Элонгация трансляции

Page 78: Введение в молекулярную биологию

Цикл элонгации трансляции

Page 79: Введение в молекулярную биологию

Терминация трансляции

Page 80: Введение в молекулярную биологию

Сопряжение транскрипции и трансляции у прокариот

РНК полимераза

Рибосома

Page 81: Введение в молекулярную биологию

Сопряжение транскрипции и трансляции у прокариот

Page 82: Введение в молекулярную биологию

Перенос информации у эукариот

Ядро

РНК полимераза

Интрон

ЭкзонПре-мРНК

Вырезанный интрон

Сплайсосома

мРНК

Рибосомы

Page 83: Введение в молекулярную биологию

Полисомы

Page 84: Введение в молекулярную биологию

Полисомы

Page 85: Введение в молекулярную биологию

Супрессорные тРНК

• т-РНК с антикодоном к стоп-кодону

Page 86: Введение в молекулярную биологию

Загадка

• А что, если мРНК кончилась, а стоп-кодон не найден?

Page 87: Введение в молекулярную биологию

Кодоны, которые надо знать

• Стартовый (инициаторный)

• Дополнительные старт-кодоны GTG,TTG

• Стоп-кодоны

Page 88: Введение в молекулярную биологию

Рамка считывания5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt E F Y R F H D A E V5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt S F I A S M T Q K5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt V L S L P * R R S ctcaaaatagcgaaggtactgcatcttcaa5’ H K I A E M V Y F N ctcaaaatagcgaaggtactgcatcttcaa5’ T K D S G H R L L ctcaaaatagcgaaggtactgcatcttcaa5’ N * R K G S T S T

5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt

Page 89: Введение в молекулярную биологию

Открытая рамка (ORF)Рамка от старт-кодона до стоп-кодона

gagttttatcgcttccatgacgcagaagttaacactttcggatatttctgatgagtcgaaaaattatcttgataaagcaggaattactactgcttgtttacgaattaaatcgaagtggactgctggcggaaa ATG aga aaa ttc gac cta tcc ttg cgc agc tcg aga agc tct acc ttt gcg acc ttt cgc cat caa cta acg att ctg tca aaa act gac gcg ttg gat gag gag aag tgg ctt aat atg ctt ggc acg ttc gtc aag gac tgg ttt aga tat gag tca cat ttt gtt cat ggt aga gat tct ctt gtt gac att tta aaa gag cgt gga tta cta tct gag tcc gat gct gtt caa cca cta ata ggt aag aaa tca TGAgtcaagttactgaacaatccgtacgtttccagaccgctttggcctctattaagctcattc aggcttctgccgttttggattTAAccgaag ATG att tcg att ttc TGAcgagta acaaagtttggattgctactgaccgctctcgtgctcgtcgctgcgttgaggcttgcgttt ATG gta cgc tgg act ttg tgg gat acc ctc gct ttc ctg ctc ctg ttg agt tta ttg ctg ccg tca ttg ctt att ATG ttc atc ccg tca aca ttc aaa cgg cct gtc tca tca tgg aag gcg ctg aat tta cgg aaa aca tta tta ATG gcg tcg agc gtc cgg tta aag ccg ctg aat tgt tcg cgt tta cct tgc gtg tac gcg cag gaa aca ctg acg ttc tta ctg acg cag aag aaa acg tgc gtc aaa aat tac gtg cgg aag gag TGAtgtaatgtcTAAaggTAAaaaacgttctggcgctcgccctggtcgtccgcagccgttgcgaggtacTAAaggcaagcgTAAaggcgctcgtctttggtatgtaggtggtcaacaattttaattgcaggggcttcggccccttacttgaggataaattatgtcTAAtattcaaactgg

Page 90: Введение в молекулярную биологию

Слова• Трансляция• Генетический код• Антикодоновая петля и Акцепторный

стебель тРНК• Заряженная (аминоацелированная) тРНК• Матричная РНК• Сайт связывания рибосом (RBS)• Старт-кодон(ы) и Стоп-кодоны • Первый остаток в белке• Терминация трансляции• Рамка считывания• ORF

Page 91: Введение в молекулярную биологию

Репликация ДНК

Page 92: Введение в молекулярную биологию

Репликация ДНК (Мезельсон-Сталь, 1958)

Page 93: Введение в молекулярную биологию

Инициация репликации ДНК

Page 94: Введение в молекулярную биологию

Матричный ступенчатый синтез ДНК

Page 95: Введение в молекулярную биологию

ДНК-полимераза III

Page 96: Введение в молекулярную биологию

ДНК-полимераза III

Page 97: Введение в молекулярную биологию

Проблема полярности; фрагменты Окадзаки

Page 98: Введение в молекулярную биологию

Еще про репликацию

• Размеры фрагментов Оказаки = 1..2 т.н.п• Скорость репликации – около 1000 пар

оснований в секунду. • Количество вилок до 6

Page 99: Введение в молекулярную биологию

Варианты репликации

Page 100: Введение в молекулярную биологию

Хромосома прокариот

Page 101: Введение в молекулярную биологию

Хромосома эукариот

Page 102: Введение в молекулярную биологию

Теломера

• Хромосома эукариот линейная• Репликация начинается с праймера• При каждой репликации конец

хромосомы укорачивается• Клетка человека может делиться 42

раза

Page 103: Введение в молекулярную биологию

ЗАГАДКА

Page 104: Введение в молекулярную биологию

Слова• Репликация ДНК• Направление синтеза новой ДНК• Инициация репликации• Праймер• Репликационная вилка• Фрагменты Оказаки• Репликационная вилка• Репликация в прокариотах• Репликация в эукариотах• Репликация типа катящегося колеса

Page 105: Введение в молекулярную биологию

Рекомбинация

Структура Холидея

Ник

Page 106: Введение в молекулярную биологию

Транспозиция

Выщепление

Интеграция в другое место

Page 107: Введение в молекулярную биологию

Ретропозиция и ретровирусы

Обратная транскрипция

Итреграция

РНК

ДНК

Хромосома

РНКТранскрипция

Page 108: Введение в молекулярную биологию

кДНК

ДНКТранскрипция

СплайсингПре-мРНКЗрелая РНК

Обратная транскрипция

Комплементарная ДНК,кДНК, cDNA.ДНК без интронов

Page 109: Введение в молекулярную биологию

Другие процессы

• Трансформация• Трансдукция• Репарация• Редактирование РНК

Page 110: Введение в молекулярную биологию

3.Регуляция

Page 111: Введение в молекулярную биологию

Уровни регуляции

• Структура хроматина• Модификация ДНК• Транскрипция• Сплайсинг• Стабильность мРНК• Трансляция• Стабильность белка• Модификация белка• Ингибирование белка

Page 112: Введение в молекулярную биологию

Регуляция транскрипции у прокариот

• Фактор транскрипции: взаимодействие с РНК-полимеразой– репрессоры– активаторы

• Лиганд (корепрессор, эффектор):– способствует/препятствует

связыванию с ДНК

Page 113: Введение в молекулярную биологию

Регуляция транскрипции trp оперона

Page 114: Введение в молекулярную биологию

Репрессор TrpR - ДНК

Page 115: Введение в молекулярную биологию

Репрессор TrpR – ДНК (модель)

Page 116: Введение в молекулярную биологию

Репрессор TrpR - триптофан

Page 117: Введение в молекулярную биологию

Почему димер?

Концентрация лигандаЭф

фек

тивн

ость

реп

ресс

ии

Концентрация лигандаЭф

фек

тивн

ость

реп

ресс

ии

Мономер Димерcgtagtagctattacttgttatagctactacgcgtagtagctcttaccagtgatagctaccacgcgtaacagcaattacgcgtagtagctattacgcgtgatagctactacacgtaatagctattacg

Палиндром – самокомплементарная последовательность

Page 118: Введение в молекулярную биологию

Механизмы действия• Связывается с оператором• Закрывает промотор• Меняет структуру ДНК• Взаимодействует с РНК полимеразой

Область действия оператора

• Несколько совместно транскрибируемых генов (оперон)

Page 119: Введение в молекулярную биологию

Примеры

• триптофановый репрессор – биосинтез триптофана – связан с ДНК при наличии триптофана

• лактозный репрессор– катаболизм (использование) лактозы– связан с ДНК при отсутствии лактозы

• арабинозный активатор– катаболизм (использование) арабинозы– связан с ДНК при наличии арабинозы

Page 120: Введение в молекулярную биологию

Катаболитная репрессия

• CRP– активатор генов

катаболизма глюкозы– репрессор генов

катаболизма других сахаров

• Локальные активаторы и репрессоры– арабинозный активатор– лактозный репрессор

Page 121: Введение в молекулярную биологию

Эффектор необязательно вещество

• Повышение температуры (тепловой шок)• Понижение температуры (холодовой шок)• Повреждение ДНК• Перенаселенность• Общий стресс (например, голод)• Окислительный стресс• Осмотическое давление

Page 122: Введение в молекулярную биологию

Примеры

• Концентрация Fe2+ говорит о том, что бактерия находится внутри организма и пора включать патогенность

• Перенаселенность V.Fisheri в световом органе удильщика является сигналом для свечения.

Page 123: Введение в молекулярную биологию

Отрицательная обратная связь

промоторы

оператор

Ген-репрессор Метаболические гены

Активация

репрессия

Page 124: Введение в молекулярную биологию

Регуляция фага λ

cro

cI

Page 125: Введение в молекулярную биологию

Регуляция трансляции

5’

5’

Рибосома

AUGSD

АнтисмысловаяАнтиСенс РНК 5’

Page 126: Введение в молекулярную биологию

Регуляция транскрипции у эукариот

Page 127: Введение в молекулярную биологию

Передача сигнала у эукариот• Рецепторы –

специфичность• Каскад –

усиление• Сеть –

объединение• Адаптация -

затухание

Page 128: Введение в молекулярную биологию

Генная сеть