Основные положения клеточной теории

Профаза

Происходят реорганизация ядра с конденсацией и спирализацией хромосом, разрушение ядерной оболочки, В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой сети. Резко сокращается число полисом. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними микротрубочки образуют веретено деления.

Метафаза

Заключается в движении хромосом к экваториальной плоскости (метафазная пластинка), формировании экваториальной пластинки ("материнской звезды"). Микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом. Каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы), соединенные в области кинетохора.

Анафаза

Стадия расхождения хромосом к полюсам. Анафазное движение связано с удлинением центральных нитей веретена, раздвигающего митотические полюсы, и с укорочением хромосомальных микротрубочек митотического аппарата. По завершении движения на полюсах собирается два равноценных полных набора хромосом.

Телофаза

Заключается в реконструкции дочерних ядер из хромосом, собравшихся у полюсов, разделении клеточного тела (цитотомия, цитокинез) и окончательном разрушении митотического аппарата с образованием промежуточного тельца. Реконструкция дочерних ядер связана с деспирализацией хромосом, восстановлением ядрышка и ядерной оболочки. Цитотомия осуществляется путём образования клеточной пластинки (в растительной клетке) или путём образования борозды деления (в животной клетке).

 

5. Мейоз как процесс формирования гаплоидных клеток. Фазы мейоза, их характеристика и эволюционное значение.

Мейоз — разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.

В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление).

В профазе мейоза I происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом.

Лептотена —начинается спирализация хромосом, и они становятся видимыми в микроскоп как длинные и тонкие нити.

Зиготена характеризуется началом конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент

Пахитена — стадия, в которой на фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками.

Диплотена характеризуется возникновением сил отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера — хиазмах

Диакинез — завершающая стадия профазы I мейоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты приобретают причудливую форму колец, крестов, восьмерок и т.д.

(лептотена — стадия тонких нитей (хромосом), зиготена — стадия сливающихся (объединяющихся, конъюгирующих) нитей, пахитена — стадия толстых нитей, диплотена — стадия двойных нитей, диакинез — стадия расходящихся нитей)

Особенностью мейоза в овогенезе является наличие специальной стадии — диктиотены, отсутствующей в сперматогенезе. На этой стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы, приняв особую морфологическую форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы.

В метафазе I мейоза завершается формирование веретена деления. Его нити прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты, таким образом, что от каждой центромеры идет лишь одна нить к одному из полюсов веретена. В результате нити, связанные с центромерами гомологичных хромосом, направляясь к разным полюсам, устанавливают бивалентны в плоскости экватора веретена деления.

В анафазе I мейоза ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга, направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид

В телофазе I мейоза у полюсов веретена собирается одинарный, гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК.

Формула генетического материала образующихся дочерних клеток соответствует п2с.

Интеркинез — короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2с). В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlс. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlс)

Биологическое значение мейоза

1) является основным этапом гаметогенеза;

2) обеспечивает передачу генетической информации от орга­низма к организму при половом размножении;

3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

 

6. Гаметогенез (спермато- и овогенез). Цитологическая и цитогенетическая характеристика. Биологическое значение полового размножения.

Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называется сперматогенезом. Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе.

Подразделяют на ряд стадий: 3 при овогенезе, 4 при сперматогенезе. Первые 3 стадии по механизму образования одинаковые:

1) стадия размножения – диплоидные клетки, из которых образуются гаметы – гаметогонии (сперматогонии, овогонии), в результате последовательных митозов число их резко возрастает.

Сходство: механизм образования – митоз; все клетки диплоидны (2n4c); процесс начинается в эмбриональных гонадах.

Отличия: по продолжительности (сперматогенез – на всем протяжении половой зрелости мужской особи, овогонии размножаются в основном в эмбриогенезе), по числу клеток (в сперматогенезе – млрд клеток, в овогенезе - тысячи).

2) стадия роста – увеличение клеточных размеров и превращение в сперматоциты 1 порядка и овоциты 1 порядка (2n4c).

Сходство: механизм удвоения ДНК в гаметоцитах, при неизменном числе хромосом.

Отличия: в овогенезе клетки увеличиваются в размерах больше.

3) стадия созревания – 2 последовательных деления, которые вместе составляют мейоз. После первого деления образуются сперматоциты и овоциты 2 порядка (n2с), после второго деления – сперматиды и зрелая яйцеклетка (nc).

Сходство: механизм образования – мейоз.

Отличия: неравномерное распределение цитоплазмы в овогенезе; каждый сперматоцит образует 4 сперматиды, овоциты – 1 яйцеклетка и 3 редукционных тельца.

4) стадия формирования – завершается процесс сперматогенеза. Сперматидам необходимо соответствующую форму для выполнения функции. Ядра уплотняются, в следствии сверхспирилизации хр-ом, к-ые становятся фун-но инертными. КГ образует акросомный аппарат, играющий болшую роль в оплодотворении.

Биологическое значение: обеспечивает значительное генетическое разнообразие, чем обеспечивает фенотипическую изменчивость

 

7. Хромосомы- структурные компоненты ядра. Морфология хромосом. Правила хромосомных наборов.

Термин хромосома был предложен в 1888г. немецким морфологом В.Вальдейром. Работы Д Моргана и его сотрудников установили линейность расположения генов по длине хромосомы.

Хромосомы (греч. – chromo – цвет, soma – тело) – это спирализованный хроматин. Их длина 0,2 – 5,0 мкм, диаметр 0,2 – 2 мкм. Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.

Метафазная хромосома состоит из двух хроматид, которые соединяются центромерой (первичной перетяжкой). Она делит хромосому на два плеча. Отдельные хромосомы имеют вторичные перетяжки. Участок, который они отделяют, называется спутником, а такие хромосомы – спутничными. Концевые участки хромосом называются теломеры. В каждую хроматиду входит одна непрерывная молекула ДНК в соединении с белками-гистонами. Интенсивно окрашивающиеся участки хромосом – это участки сильной спирализации (гетерохроматин). Более светлые участки – участки слабой спирализации (эухроматин).

Типы хромосом выделяют по расположению центромеры.

1. Метацентрические хромосомы – центромера расположена посередине, и плечи имеют одинаковую длину. Участок плеча около центромеры называется проксимальным, противоположный – дистальным.

2. Субметацентрические хромосомы – центромера смещена от центра и плечи имеют разную длину.

3. Акроцентрические хромосомы – центромера сильно смещена от центра и одно плечо очень короткое, второе плечо очень длинное.

Правила хромосомных наборов: 1) правило постоянного числа, формы, размера хромосом (генетический критерий вид). Число хромосом не свидетельствует об уровне организации. 2) парность хромосом – в нормальном кариотипе всегда четное число хромосом; парные хромосомы – гомологичны. 3) индивидуальность хромосом – каждая пара характеризуется своими особенностями. 4)непрерывность хромосом – при делении клетки хромосомы автопродуцируются, каждой дочерней хромосоме. Непрерывность связана с редуплекацией ДНК.

Все хромосомы подразделяют на аутосомы и половые хромосомы.

Половые — это хромосомы, определяющие формирование мужского и женского полов.

Аутосомы- все хромосомы в клетках, за исключением половых хромосом.

В соматических клетках присутствует диплоидный (двойной) набор хромосом, в половых - гаплоидный (одинарный).

Совокупность хромосом клетки, характеризующаяся их числом, размером и формой, называется кариотипом.

Для того чтобы легче разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющих кариотип, их располагают в виде идиограммы.

Идиограмма (от греч. idios — своеобразный, gramme — запись) — это систематизированный кариотип. По Денверской классификации (Денвер, США, 1960г.) хромосомы располагаются попарно по мере убывания их величины, с учетом положения центромеры, наличия вторичных перетяжек и спутников. Исключением являются половые хромосомы, которые выделяются особо.

 

8. Размножение организмов. Бесполое и половое размножение. Половое размножение, его эволюционное значение.

Р азмножение — свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Существуют два основных способа размножения — бесполое и половое.

Бесполое размножение

Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у других видов — в специализированных органах. Различают следующие способы бесполого размножения: деление, почкование, фрагментация, полиэмбриония, споро­образование, вегетативное размножение.

Деление — способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить:

а) простое бинарное деление (прокариоты),

б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли),

в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы).

Почкование — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи. Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).

Фрагментация — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.

Полиэмбриония — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).

Вегетативное размножение — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).

Спорообразование — размножение посредством спор. Споры — специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.

Клонирование — комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особей. Клон — совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий — простое деление).

Половое размножение

Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы. Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.

В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения: изогамию, гетерогамию и овогамию.

Изогамия — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.

Гетерогамия — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.

Овогамия — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками, мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами, если не имеют, — спермиями.

Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.

 

9. Структура ДНК. Свойства и функции наследственного материала. Самовоспроизведение генетического материала

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, которые спирально закрученны, т.е. представляет собой двойную спираль. Мономер ДНК — нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты.

Структуры ДНК:

1) Первичная структура – полинуклеотидная цепь, мономеры (дезоксирибонуклетиды) соединяются фосфодиэфирными связями (участвует фермент полимераза). Наращивание цепи идет в направлении 5' -> 3'.

2) Вторичная структура - две полинуклеотидные цепи (антипараллельны), связаны водородными связями

3) Третичная структура - трехмерная структура ДНК.

Основными свойствами наследственного материала являются:

1. Способность к изменению генетической информации (мутации).

2. Способность к репарации и к передаче ее от поколения к поколению (процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке химическими или физическими агентами).

3. Способность к реализации - синтезу белка, кодируемого геном при участии двух матричных процессов: транскрипции и трансляции.

4. Генетический материал обладает устойчивостью. Устойчивость генетического материала обеспечивается: - диплоидным набором хромосом; - двойной спиралью ДНК; - вырожденностью генетического кода; - повтором некоторых генов; - репарацией нарушенной структуры ДНК. Дискретность гена заключается в наличии субъединиц. Элементарная единица изменчивости, единица мутации названа МУТОНОМ, а единица рекомбинации - РЕКОНОМ. Минимальные размеры мутона и рекона равны 1 паре нуклеотидов и называются с а й т. Таким образом САЙТ — это структурная единица гена.

Свойства ДНК:

1) репликация (процесс удвоения ДНК),

2) репарация (восстановление),

3) транскрипция (построение РНК по комплементарной ей ДНК), рекомбинация(перераспределение),

4) мутация (внезапные изменения насл.мат).

Функции наследственного материала:

1. Хранение и передача информации

2. Синтез белка, кодируемого геном при участии двух матричных процессов: транскрипции и трансляции.

Самовоспроизведение — способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида или включения к образованию себе подобного. Репликация — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой.

Репликация ДНК — ключевое событие в ходе деления клетки. Принципиально, чтобы к моменту деления ДНК была реплицирована полностью и при этом только

один раз. Это обеспечивается определёнными механизмами регуляции репликации ДНК. Репликация проходит в три этапа:

1. инициация репликации

2. элонгация

3. терминация репликации.

Регуляция репликации осуществляется в основном на этапе инициации. Это достаточно легко осуществимо, потому что репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации. Репликация начинается в сайте инициации репликации с расплетания двойной спирали ДНК, при этом формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК. В репликационной вилке ДНК копирует крупный белковый комплекс (реплисома), ключевым ферментом которого является ДНК-полимераза. А что дальше хуй его знает.

Конечным результатом процесса репликации является образование двух молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых идентична таковой в материнской двойной спирали ДНК.

 

10. Тонкая структура генов у про- и эукариот. Особенности экспрессии генетической информации у про- и эукариот.

Тонкая хрень

Ген представляет собой часть молекулы ДНК и состоит из сотен пар нуклеотидов. Ген как функциональную единицу американский генетик С. Бензер предложил назвать цистроном. Именно цистрон определяет последовательность аминокислот в каждом специфическом белке. Цистрон в свою очередь подразделяется на предельно малые в линей ном измерении единицы - реконы, способные к рекомбинации при кроссинговере. Выделяют, кроме того, понятие мутон- наименьшую часть гена, способную к изменению (мутированию). Также ген имеет экзон-интронную структуру:

- Экзон - информативная часть гена, т.е. послед. нуклеотидов, кодирующая синтез белка.

- Интрон - НЕинформативная послед. нуклеотидов внутри одного гена, которые транскорбируются.

Экспрессия генов — это реализация наслед. информации. От гена к признаку. Первая особенность в этапах экспрессии: - у прокариот она идет в 3 этапа (транскрипция, транспорт АК, трансляция), а у эукариот в 4 этапа (транскрипция, процессинг, транспорт АК, трансляция). Вторая особенность в транскриптоне (единица транскрипции): - у эукариот моноцистроновый - содержит один ген, а у прокариот полицистроновый - содержит несколько генов. Транскриптоны бактерий - опероны - кодируют несколько белков.

1) Прокариоты-организмы, не имеющие ядра. Их ген имеет непрерывную структуру, т.е. представляет собой часть молекулы ДНК, которая образует нуклеоид. Отличительной особенностью генов прокариот является отсутствие экзон-интронной структуры, т.е. гены цельные и не разделены на экзоны и интроны, от чего у них отсутствует такой процесс, как сплайсинг (вырезание некодирующих интронов в молекуле и-РНК). Гены прокариот бывают одиночными или собранными в группы-опероны. Оперон-единица экспрессии генов у прокариот, состоит из группы структурных и функциональных генов.

2) Эукариоты-организмы, имеющие ядро. У эукариот ген состоит из чередующихся участков: экзонов и интронов. Экзон – информативный участок, интрон – неинформативный. Число интронов у разных генов неодинаково (от 1 до 50). Единицей реализации генетической информации у них является транскриптон, включающий совокупность структурных и функциональных генов.

3) Экспрессия генов-реализация наследственной информации от гена к признаку.

Этапы:

а) Транскрипция-переписывание наследственной информации молекулы ДНК. Начинается со снятия репрессии. Участвуют регуляторные белки. Субстрат поступает в клетку, соединяясь с белком-репрессором, освобождая ген-оператор, тем самым приводит к активизации ДНК-зависимой РНК-полимеразы, которая связывается с промотором в блоке Прибнова и начинает расплавлять связи в данном транскриптоне. Матрицей для транскрипции может служить только 1 цепь ДНК, обращённая к ферменту своим концом 3’-5’. Эта цепь называется матричной, а вторая-комплиментарной. В результате транскрипции образуется г/я РНК (у эукариот), у прокариот- м-РНК.

б) Процессинг-созревание г/я РНК и превращение её в иРНК. Происходит в ядре (участвует сплайсосома-органоид ядра). Включает в себя сплайсинг (вырезание интронов ферментом-рестриктаза, сшивание экзонов ферментом-лигазой), кэпирование(защита концов на 5’образуется «колпачок» присоединением метилированного гуанозина через остат полиаденилирование (присоединение к 3’ 200 аденинов).

в) Транспорт-перенос аминокислот т-РНК к месту синтеза белка. Происходит в цитоплазме. На этом этапе аминокислоты должны пройти стадию активации, присоединиться к тРНК и в комплексе с ними переместиться к рибосомам. Два главных участника: Транспортные РНК, ферменты – аминоацил-тРНК-синтетазы.

г) Трансляция-перевод нуклеотидной последовательности РНК в аминокислотную последовательность полипептида. Происходит на рибосоме. Состоит из инициации(инициативная т. РНК области Р-участка малой частицы рибосомы соединяется с кодоном-инициатором(АУГ)), элонгации(образование пептидных связей и в результате – первичной структуры полипептида), терминация(заключительный этап, заканчивающийся кодоном-терминатором образуется полипептид).

 

11. Ген, его свойства. Ген как функциональная единица наследственности. Классификация генов. Особенности организации генов и про- и эукариот.

Ген – функциональная единица наслественности, по химической природе являющуюся полинуклеотидом и определяющую возможность синтеза полипептидной цепи.

Свойства гена:

1.дискретность — несмешиваемость генов;

2.стабильность — способность сохранять структуру;

3.лабильность — способность многократно мутировать;

4.множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;

5.аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;

6.специфичность — каждый ген кодирует свой признак;

7.плейотропия — множественный эффект гена;

8.экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;

9.пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;

10.амплификация — увеличение количества копий гена.

Особенности организации генов:

1. геном прокариотической клетки организован в виде нуклеоида — комплекса ДНК с негистоновыми белками.

2. в э укариотических клетках одновременно активно транскрибируется от 1 до 10% ДНК. Значительная часть нуклеотидных последовательностей у эукариот не транскибируется вообще – молчащая ДНК

3. У эукариот гены включают в себя интроны (не кодируют а\к) и экзоны

4. У прокариот активно транскибируется 95% в данный момент времени

5. Геном прокариот характеризуется небольшими размерами.

6. У эукариот объем наслественного материала значительно больше (у чел-ка 174 см) – помимо уникально есть умеренно и высоко повторяющиеся последовательности (у мыши около 20% умеренных повторов)

7. У эукариот часть ДНК расположена в цитоплазме в виде кольцевых фрагментов-плазмид (митохондрии и хлоропласты)

 

12. Характеристика этапов реализации генетической информации. Уровни её регуляции.

Реализация генетической информации – процесс, происходящий внутри каждой живой клетки, во время которого генетическая информация, записанная на ДНК, воплощается в биологически активные вещества – РНК и белок. Синтез белка состоит из двух этапов - транскрипции и трансляции.

а) Транскрипция -переписывание наследственной информации молекулы ДНК. Начинается со снятия репрессии. Участвуют регуляторные белки. Субстрат поступает в клетку, соединяясь с белком-репрессором, освобождая ген-оператор, тем самым приводит к активизации ДНК-зависимой РНК-полимеразы, которая связывается с промотором в блоке Прибнова и начинает расплавлять связи в данном транскриптоне. Матрицей для транскрипции может служить только 1 цепь ДНК, обращённая к ферменту своим концом 3’-5’. Эта цепь называется матричной, а вторая-комплиментарной. В результате транскрипции образуется г/я РНК (у эукариот), у прокариот- м-РНК.

б) Процессинг -созревание г/я РНК и превращение её в иРНК. Происходит в ядре (участвует сплайсосома-органоид ядра). Включает в себя сплайсинг (вырезание интронов ферментом-рестриктаза, сшивание экзонов ферментом-лигазой), кэпирование (защита концов на 5’образуется «колпачок» присоединением метилированного гуанозина через остат полиаденилирование (присоединение к 3’ 200 аденинов).

в) Транспорт -перенос аминокислот т-РНК к месту синтеза белка. Происходит в цитоплазме. На этом этапе аминокислоты должны пройти стадию активации, присоединиться к тРНК и в комплексе с ними переместиться к рибосомам. Два главных участника: Транспортные РНК, ферменты – аминоацил-тРНК-синтетазы.

г) Трансляция -перевод нуклеотидной последовательности РНК в аминокислотную последовательность полипептида. Происходит на рибосоме. Состоит из инициации(инициативная т. РНК области Р-участка малой частицы рибосомы соединяется с кодоном-инициатором(АУГ)), элонгации(образование пептидных связей и в результате – первичной структуры полипептида), терминация(заключительный этап, заканчивающийся кодоном-терминатором образуется полипептид).

Уровни регуляции: Претранскрипционный (осуществляется на уровне процессов репликации генов, регулируется ферментативными системами. Может увеличиваться или уменьшаться число генов в результате дупликации или делеции). Транскрипционный (осуществляется генами, входящими в транскриптон). Посттранскрипционный (включает процессинг, важным моментом которого является сплайсинг. Нарушение этого механизма может привести к нарушению рестрикции интронных участков, что приводит к изменению полипептида). Трансляционный (зависит от множества факторов-инициации, элонгации, изменение которых может привести к включению не тех аминокислот в полипептидную цепь). Посттрансляционный (осуществляется на этапе созревания полипептида и образования водородных, эфирных и других связей).

 

13. Трансляция и посттрансляционных процессы. Структура и виды РНК, роль РНК в процессе реализации наследственной информации. Регуляция.

Трансляционный (зависит от множества факторов-инициации, элонгации, изменение которых может привести к включению не тех аминокислот в полипептидную цепь). Посттрансляционный (осуществляется на этапе созревания полипептида и образования водородных, эфирных и других связей).

В прокариотических клетках процесс трансляции сопряжен с синтезом мРНК: они происходят практически одновременно. В значительной степени это связано с недолговечностью бактериальной мРНК, которая достаточно быстро подвергается распаду. Взаимосвязанность транскрипции и трансляции у бактерии проявляется в согласованности скоростей этих процессов.

Трансляция у прокариот начинается вскоре после образования 5'-конца мРНК, раньше, чем заканчивается ее синтез. В результате вслед за РНК-полимеразой по мРНК движутся рибосомы, осуществляющие сборку пептидных цепей. Через некоторое время после начала транскрипции (около 1 мин) и до завершения трансляции 3'-конца матрицы начинается деградация ее 5'-конца. Ввиду того что время жизни разных мРНК не одинаково, количество белка, синтезированного на разных матрицах, различно.

Матричная, или информационная, РНК (мРНК, или иРНК). Транскрипция. Для того чтобы синтезировать белки с заданными свойствами, к месту их построения поступает «инструкция» о порядке включения аминокислот в пептидную цепь. Эта инструкция заключена в нуклеотидной последовательности матричных, или информационных РНК (мРНК, иРНК), синтезируемых на соответствующих участках ДНК. Процесс синтеза мРНК называют транскрипцией.

Синтез мРНК начинается с обнаружения РНК-полимеразой особого участка в молекуле ДНК, который указывает место начала транскрипции — промотора. После присоединения к промотору РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК. Две цепи ДНК в этом месте расходятся, и на одной из них фермент осуществляет синтез мРНК. Сборка рибонуклеотидов в цепь происходит с соблюдением их комплементарности нуклеотидам ДНК, а также антипараллельно по отношению к матричной цепи ДНК. В связи с тем, что РНК-полимераза способна собирать полинуклеотид лишь от 5'-конца к 3'-концу, матрицей для транскрипции

может служить только одна из двух цепей ДНК, а именно та, которая обращена к ферменту своим 3'-концом (3' → 5'). Такую цепь называют кодогенной. Антипараллельность соединения двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК позволяет РНК-полимеразе правильно выбрать матрицу для синтеза мРНК.

Продвигаясь вдоль кодогенной цепи ДНК, РНК-полимераза осуществляет постепенное точное переписывание информации до тех пор, пока она не встречает специфическую нуклеотидную последовательность — терминатор транскрипции. В этом участке РНК-полимераза отделяется как от матрицы ДНК, так и от вновь синтезированной мРНК. Фрагмент молекулы ДНК, включающий промотор, транскрибируемую последовательность и терминатор, образует единицу транскрипции — транскриптон.

В процессе синтеза, по мере продвижения РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК, пройденные ею одноцепочечные участки ДНК, вновь объединяются в двойную спираль. Образуемая в ходе транскрипции мРНК содержит точную копию информации, записанной в соответствующем участке ДНК. Тройки рядом стоящих нуклеотидов мРНК, шифрующие аминокислоты, называют кодонами. Последовательность кодонов мРНК шифрует последовательность аминокислот в пептидной цепи. Кодонам мРНК соответствуют определенные аминокислоты.

Транспортная РНК (тРНК). Трансляция. Важная роль в процессе использования наследственной информации клеткой принадлежит транспортной РНК (тРНК). Доставляя необходимые аминокислоты к месту сборки пептидных цепей, тРНК выполняет функцию трансляционного посредника.

Молекулы тРНК представляют собой полинуклеотидные цепи, синтезируемые на определенных последовательностях ДНК. Они состоят из относительно небольшого числа нуклеотидов —75—95. В результате комплементарного соединения оснований, которые находятся в разных участках полинуклеотидной цепи тРНК, она приобретает структуру, напоминающую по форме лист клевера.

В ней выделяют четыре главные части, выполняющие различные функции. Акцепторный «стебель» образуется двумя комплементарно соединенными концевыми частями тРНК. Он состоит из семи пар оснований. 3'-конец этого стебля несколько длиннее и формирует одноцепочечный участок, который заканчивается последовательностью ЦЦА со свободной ОН-группой. К этому концу присоединяется транспортируемая аминокислота. Остальные три ветви представляют собой комплементарно спаренные последовательности нуклеотидов, которые заканчиваются неспаренными участками, образующими петли. Средняя из этих ветвей — антикодоновая — состоит из пяти пар нуклеотидов и содержит в центре своей петли антикодон. Антикодон — это три нуклеотида, комплементарные кодону мРНК, который шифрует аминокислоту, транспортируемую данной тРНК к месту синтеза пептида.

Между акцепторной и антикодоновой ветвями располагаются две боковые ветви. В своих петлях они содержат модифицированные основания — дигидроуридин (D-петля) и триплет TψC, где \у — псевдоуриаин (Т^С-петля). Между аитикодоновой и Т^С-ветвями содержится дополнительная петля, включающая от 3—5 до 13—21 нуклеотидов.