Организация наследственного материала в клетке

а) Генетическая роль ДНК (открытия и доказательства)

1868 г. – Мишер открыл нуклеиновые кислоты.

1928 г. – Гриффитс – эксперимент с пневмококками был выполнен с целью разработки вакцины от пневмонии. Гриффитс работал с двумя штаммами бактерии Streptococcus pneumoniae. Штамм, колонии которого были гладкими (S штамм), имел полисахаридную капсулу и был вирулентным, вызывая у подопытных мышей пневмонию. Капсула предохраняла бактерии от воздействия иммунной системы больного. Колонии второго штамма имели неровную поверхность (R штамм) и не вызывали пневмонию, поскольку не имели капсулы, и после введении в кровоток мыши бактерии погибали. Бактерии S штамма, убитые нагреванием, также не вызывали заболевания. Но когда Гриффитс смешивал убитый S штамм с живым R штаммом и вводил смесь мышам, животные погибали. Когда Гриффитс выделил болезнетворные бактерии из погибших мышей, он обнаружил, что R штамм приобрел капсулу, то есть превратился в вирулентный S штамм и сохранял новоприобретенный фенотип во многих поколениях, то есть передавал его по наследству. Гриффитс предположил, что превращение осуществил некий «трансформирующий фактор», который R штамм получил от убитых бактерий S штамма.

1944 г. – Эйвери – доказал генетическую роль ДНК. В ходе эксперимента пневмококки, образующие гладкие колонии, были убиты нагреванием, и из них был извлечён компонент, растворимый в водно-солевом растворе. Белки были осаждены хлороформом, а полисахаридные капсулы, обусловливающие антигенные свойства бактерий, гидролизованы специфичным ферментом. Химический анализ показал, что соотношение углерода, водорода, азота и фосфора в полученном осадке соответствует соотношению этих же элементов в молекуле ДНК. Для подтверждения того, что действующим началом трансформации является именно ДНК, но не РНК, белки или другие компоненты клетки, они обработали смесь трипсином, химотрипсином, рибонуклеазой, но эта обработка никак не влияла на трансформирующие свойства. Лишь обработка ДНКазой приводила к разрушению трансформирующего начала. Таким образом было установлено, что действующим началом бактериальной трансформации является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

1952 г. – Уилкинсон провел структурный анализ ДНК - молекула имеет 2-х нитевую структуру.

1953 г. – Уотсон и Крик – предложили модель пространственной организации ДНК.

б) Строение нуклеотида ДНК. Типы нуклеотидов

ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар — дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из азотистых оснований — пурин (аденин или гуанин) либо пиримидин (тимин или цитозин).

Соединяются между собой они через остаток фосфорной кислоты на 5' конце и гидроксогруппу на 3' конце, поэтому говорят о 3'-5' строении.

в) Структурная организация молекулы ДНК

ДНК является материальным субстратом наследственности и изменчивости. Модель строения ДНК была предложена Уотсоном и Криком в1953 г. Согласно этой модели, молекула ДНК состоит из двух антипараллельных цепочек соединенных между собой водородными связями по принципу комплементарности (т.е. аденин всегда соединяется с тимином, а гуанин с цитозином). ДНК обладает уникальными свойствами: способностью к самоудвоению(ауторепродукции или репликации) и к транскрипции. Кроме того, последовательность нуклеотидов в ДНК формирует генетический код, посредством которого записывается информация о видовых и индивидуальных особенностях признаков и свойств организма. Структура ДНК – полимер, структурной единицей которого является нуклеотид.

Другой важной особенностью объединения двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК является их антипараллельность: 5'-конец одной цепи соединяется с 3'-концом другой, и наоборот. Молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали составляет 2 нм, длина шага — 3-4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов.

г) Свойства и функции ДНК

Свойства ДНК (функции)

1. генетический код (хранение наследственной информации);

2. репликация, или ауторепродукция (передача наследственной информации);

3. транскрипция (реализация наследственной информации).

д) Генетический код, его свойства

Генетический код – это способ записи генетической информации о последовательности аминокислот в полипептиде с помощью последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Свойства генетического кода:

1. Триплетность (одну аминокислоту кодирует последовательность из 3 нуклеотидов)

2. Универсальность (одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех живых организмов)

3. Вырожденность (одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами)

4. Неперекрываемость (соседние триплеты не имеют общих оснований)

5. Непрерывность (не содержит разделительных знаков между отдельными триплетами)

6. Линейность (триплеты расположены в линейном порядке)

7. Коллинеарность (последовательность триплетов в молекуле ДНК (или мРНК) полностью совпадает с последовательностью аминокислот в полипептиде)