Структура ДНК.

1953 г. Уотсон и Крик создали молекулярную структуру ДНК. До этого времени выдвигались разные мнения: одноцепочечная молекула; одна цепь сложенная вдвое; трехцепочечная. Уотсон и Крик открыли плотную В-форму, а Франклин обнаружил А-форму (рухлую).

Для В-формы нужнавлажность 90%, а для А-формы – 72%; А-форма – гибрид ДНК и РНК. А и В-форма правозакрученная спираль. Z-форма – левозакрученная и более легкая; встречается в растворах высшей ионной силы (с поверхности содержащей соли), когда органические вещества и соли споры часто переходят в Z-ДНК.

Репликация ДНК.

ДНК способно к самовоспроизведению, которое происходит по полуконсервативному пути: дочерняя ДНК состоит из одной материнской другой своей цепи.

Доказательства: испытывали кишечную палочку, которую выращивали на среде №15, её ДНК насытилось ДНК среды №15; затем бактерию помещают на среду №14 и позволяют клеткам поделится один раз. Если молекула состоит из одной дочерней, а другой материнской, следовательно, одна цепь ДНК состоит из цепи среды №14 , а другая цепь из среды №15.

Первоначально выделяют молекулу ДНК, содержащую среду №15 и центрифугируют, образуется первая полоска; затем проделывают тоже самое с ДНК среды №14, образуется вторая полоска. Затем выделяют ДНК, поделившейся клетки, центрифугируют и получают промежуточную полоску между №15 и №14.

Механизмы репликации ДНК.

У бактерий – двухцепочечная кольцевая ДНК. Когда ДНК реплицируется, то её мембрана начинает расти, дочерние молекулы расходятся. Начало репликации начинается в точке инициации ДНК. Затем образуется репликативная вилка:

1. Либо расходятся в одном направлении

2. Либо в двух направлениях

Эта вилка распадается на две цепи:

1. Однонаправленная репликация

2. Двунаправленная репликация (глазок увеличивается, принимая вид буквы «е»)

Репликация по такому типу называется репликацией катящегося кольца. Репликация Бфорта – одна из цепей кольцевой молекулы ДНК разрывается и к одному из концов: на 3’ конце – происходит наращивание по матрице неразорванной цепи; другой конец 5’ вытесняется. Когда поверхность цепи сделает оборот, то образуется поверхностная цепь и  одиночная, которую вытеснили, на ней синтезируется вторая цепь – такой тип репликации характерен и для вирусов.

Репликация бактерий – репликация начинается в одной точке и идет до конца. Каждая молекула ДНК реплицируется.

Репликация эукариот – перед делением ДНК несет информацию, поэтому линейная молекула ДНК эукариот имеет несколько точек начала репликации; эти образованные глазки сливаются вместе и молекула очень быстро удваивается, но у эукариот удвоение происходит только один раз.

Механизм репликации.

Репликация происходит с участием ферментов. Она начинается в точке «origin». Фермент, который производит синтез молекулы нуклеиновой кислоты (РНК-pol; ДНК-pol). Кроме того, в синтезе ДНК участвуют белки:

1. rep – расплетает нити

2. ssb – удерживает цепи в расплетенном состоянии

3. Белок-гираза – создает суперспирализацию (энергия идет на разрыв водородной связи)

4. Лигаза

ДНК – двойная спираль, её нужно вначале расплести (разорвать водородные связи) и снова сделать ДНК.

РНК-pol – состоит из 2α; β; β’- цепей; δ-фактор. Три цепи и сигма-фактор образуют холофермент; а три цепи – кофермент.

δ-фактор – помогает найти начало считывания информации. Синтез НК обеспечивает РНК-pol; в её состав входят от 10 до 60 нуклеотидов – РНК-затравка. Последний РНК нуклеотид содержит свободную ОН- группу и начинают наращиваться ДНК-нуклеотиды. Цепь удлиняющаяся непрерывно называется лидирующей; цепь, удлиняющаяся не непрерывно – называется отстающей.

Синтез прерывистой цепи происходит за счет фрагментов Оказаки; лигаза сшивает фрагменты Оказаки; ферменты отделяют ферменты Оказаки и образуются пустоты, которые заполняет ДНК-pol.

Этап созревания – удаление РНК и застраивание ДНК-нуклеотидами.

Генетический код.

Особая система записи (кодирование) аминокислотной последовательности в полипептидной цепи, в виде нуклеотидной последовательности в молекуле ДНК.

В 1944 г. Бидл и Тейтум (Крик и Уотсон) установили роль ДНК, как структуру, содержащуую наследственную информацию.

Гамов установил, что генетический код триплетен, так как 3 из 4 нуклеотидов – больше, чем число аминокислот (43)=64. была обнаружена фракция РНК, которая в момент синтеза ДНК связана с рибосомами. Такую РНК называли транспортной (т-РНК=и-РНК=м-РНК). Искусственным путем синтезировали УУУ-РНК, которую запустили в клетку, и на ней синтезировали полипептид фен-фен-фен. Полностью генетический код расшифрован в 1964 г.; за это Корана, Ниренберг и Очоа получили Нобелевскую премию.

Свойства генетического кода.

1. Триплетность

2. Дискретность

3. Однозначность

4. Врожденность (избыточность)

5. Универсальность

6. Компактен

АУГ, УАА, УАГ – сигнал – stop

Репликация генетической информации.

Транскрипция – переписывание информации с ДНК на РНК (происходит в ядре) – осуществляется РНК-pol (δ-фактор + кофермент). РНК-pol узнает место начала транскрипции δ-фактором и контактирует с особой областью ДНК (промотором). У прокариот промотор находится левее точки начала транскрипции. Точку начала считывания обозначают как «+1». Область контакта промотора ((-10);(-35)). Область (-10) у многих организмов приблизительно одинакова  и включает канонические нуклеотидные последовательности (ТАТ (А/Г) АТ) – блок Грибнова. Между (-10 и -35) нужно, чтобы поместилась РНК-pol.

Первый кодон у прокариот АУГ с него начинается транскрипция. Транскрипция продолжается до тех пор, пока РНК-pol не обнаружит последовательность ГЦ – нуклеотидов, а затем АТ-нуклеотиды. Так как ГЦ образует шпильку, то РНК останавливается и процесс транскрипции прекращается. Остановка происходит за счет догона Ro-фактором РНК-полимеразы.

У прокариот одновременно с транскрипцией происходит и трансляция – синтез РНК на РНК. Трансляция состоит из нескольких этапов:

1. Инициация – начало синтеза

2. Элонгация – удлинение цепочки

3. Терминация – прекращение транкрипции

У эукариот кроме транскрипции происходит посттранскрипционный процессинг – созревание и-РНК. Транскрипция происходит тремя типами РНК-pol:

1. РНК-pol1 – осуществляет синтез р-РНК (ядрышковое)

2. РНК-pol2 – находится в нуклеоплазме; синтез и-РНК

3. РНК-pol3 – находится в нуклеоплазме; синтез 5S р-РНК и т-РНК

Трансляция (декадинирование).

Происходит в цитоплазме и включает инициацию, элонгацию, терминацию. Каждый из факторов обслуживается тремя факторами инициации, элонгации, терминации.

Трансляция – перевод информации с нуклеотидной последовательности на аминокислотную. Аппарат трансляции включает в себя и-РНК, т-РНК, р-РНК и комплекс ферментов.

т-РНК – имеет 3’ и 5’ концы. 3’ конец длинный, а 5’ короткий. К 5’-тому присоединяются фосфаты; на 3’-ем конце находится АЦЦ, и свободная ОН- группа; к последней присоединяется аминокислота. Т-РНК имеет четыре стебля и 3 петли; а области стеблей т-РНК имеют правозакрученную двойную спираль (А-форму РНК). Три нуклеотида на верхней петле образуют антикодон. Участок, к которому присоединяется аминокислота называется акцепторной. Присоединяясь к т-РНК, аминокислоты вызывают активирование (аминоацетилирование). Этот процесс осуществляется с помощью амиоацилтрансферазы. Для каждой аминокислоты существует своя т-РНК.

Механизм трансляции.

1. Этап Инициации – малая субчастица рибосом садится на и-РНК и передвигается по ней до тех пор, пока не найдет кодон АУГ. К этому месту подходит т-РНК со своей аминокислотой. У прокариот первая аминокислота формилметионин. Участок, к которому присоединяется и-РНК называется Р-участок. Следующий участок – А-участок. К малой субчастице подходит большая субчастица. Последняя содержит сшивающий фермент. Первая т-РНК уходит, оставляя висеть аминокислоту на второй. После смещения субъединицы А-участок становится Р-участком.

2. Этап Элонгации – этот этап продолжается до тех пор, пока не появится кодон-stop (УАГ, УАА, УАГ).

3. Этап Терминации – уходит полипептидная цепь; затем т-РНК; происходит диссоциация рибосомы на две субъединицы.

У эукариот этапы трансляции те же самые, только фермент называется по-другому – метионин.

У прокариот т-РНК для всех аминокислот одна. У эукариот т-РНКi – инициирующая; и т-РНК для аминокислот.

Тонкая структура гена.

Ген, как участок ДНК способен к репликации, определяя один признак; является наименьшей единицей мутации, то есть он изменяется как единое целое; рекомбинирует как единое тело, кроссинговера внутри гена не происходит, то есть ген не делим.

Доказательством сложной структуры гена является открытие множественного аллелизма. Однако ученые полагали, что появление новых аллелей связано с изменением одного и того же локуса. Было предложено два критерия аллелизма:

1. Функциональный – при скрещивание мутантных гомозиготных особей компаунды всегда мутантны. Если у компаунда нет возврата к дикому типу, следовательно, мутации аллельны и не комплементируют. Если компаунд не мутантен и если мутации относятся к разным генам, то происходит комплементация и компаунд является компаундом дикого типа.

2. Рекомбинантный – аллельные мутации не рекомбинируют, та как ген является единицей рекомбинации. Поэтому компаунды никогда не имеют возврата к дикому типу. Малая выборка особей не позволяет обнаружить возврат к дикому типу и рекомбинацию. Поэтому единичные случаи рекомбинантных аллелей назвали псевдоаллели. Если то не аллельные гены, то возможен возврат к дикому типу.

Серебровский, Сидоров, Дубинин представили новые доказательства сложной структуры генов. У дрозофилы было обнаружено 13 мутантных аллелей одного локуса scute (sc) в Х-хромосоме.

Sc1 – редукция щетинок АВС

Sc2 – редукция щетинок ВСD

Sc3 – редукция щетинок СDЕ

Такое явление назвали лестничным аллелизмом.

Дубинин выдвинул «центровую» теорию гена – ген состоит из отдельных участков – центров.