1953Г. Дж. Уотсон и ф. Крик – Представили модель строения молекулы днк (рисунок – строение молекулы днк).

Первичная структура – последовательность расположения мономерных звеньев (мононуклеотидов) в линейных полимерах. Цепь стабилизируется 3,5 – фосфодиэфирными связями.

Вторичная структура – двойная спираль, формирование которой определяется межнуклеотидными водородными связями, которые образуются между основаниями входящими в канонические пары А-Т (2 водородные связи) и Г-Ц (3 водородные связи). Цепи удерживаются стекинг-взаимодействиями, электростатическими взаимодействиями,

Ван-Дер-Ваальсовыми взаимодействиями.

Третичная структура – общая форма молекул биополимеров. Сверхспиральная структура – когда замкнутая двойная спираль образует не кольцо, а структуру с витками более высокого порядка (обеспечивает компактность).

Четвертичная структура – укладка молекул в полимолекулярные ансамбли. Для нуклеиновых кислот - это ансамбли, включающие молекулы белков.

3)Свойства и функции днк.

Основная функция ДНК – хранение наследственной информации, заключенной в последовательность нуклеотидов, образующих ее молекулу, и передача этой информации дочерним клеткам (Генетическая информация – вся информация о структуре и деятельности клеток, о признаках каждой клетки и организма в целом). Ген – участок ДНК несущий информацию об одной полипептидной цепи.

Репликация ДНК (или редупликация) — процесс самовоспроизведения (самоудвоения) макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетической информации и передачу ее от поколения к поколению.

Генетическая информация реализуется при экспрессии генов в процессах транскрипции (синтеза молекул РНК на матрице ДНК) и трансляции (синтеза белков на матрице РНК).

Способность к денатурации (денатурация - расхождение цепей двухцепочечной молекулы ДНК, вследствие экстремальных воздействий (температура, рН, денатурирующие агенты), что сопровождается потерей ее биологической активности).

4)Генетический код и его свойства.

Генетический код – это система записи информации в молекулах иРНК, которая отражена в последовательности нуклеотидов, предопределяющих порядок расположения аминокислот в молекулах белков. Свойства:

1 – Триплетность (1 аминокислоту кодируют 3 триплета (триплет – последовательность из трех нуклеотидов)).

2 - Вырожденность (Каждая аминокислота зашифрована более чем одним кодоном. Исключения – метионин и триптофан).

3 – Универсальность (Одни и те же триплеты кодируют одинаковые аминокислоты).

4 – Однозначность (Каждый триплет кодирует только 1 аминокислоту).

5 – Колинеарность (Совпадение последовательностей аминокислот в синтезируемой молекуле белка с последовательностью триплетов в иРНК).

5)Ауторепродукция ДНК. Репликон и его функционирование.

Биосинтез ДНК осуществляется специальными ферментами, так называемыми ДНК-полимеразами, в его основе лежит принцип копирования исходной цепи ДНК с образованием двух идентичных дочерних молекул. Принципы:

1 – Комплементарность (каждому пуриновому основанию соответствует пиримидиновое).

2 – Полуконсервативность (новая спираль содержит 1 старую нить).

3 – Антипараллельность.

4 – Прерывистость.

Репликон – участок между двумя точками, в котором начинается синтез дочерних клеток. В каждой молекуле ДНК имеется много репликонов - прерывистость процесса репликации. Ферменты:

1 - ДНК – полимераза (осуществляет синтез)

2 – Геликаза (вырезает РНК затравки, расплетение ДНК)

3 – Топоизомеразы (синтез топологичных напряжений)

4 – Лигаза

5 - SSB –белки, стабилизирующие одноцепочечное состояние.

При репликации ДНК ферменты, осуществляющие этот процесс, должны выполнить:

1 - снятие топологических напряжений ДНК;

2 - расплетание ДНК;

3 - синтез РНК-затравки;

4 - синтез дочерней цепи ДНК;

5 - вырезание последнего встроенного нуклеотида, если он некомплементарен матрице, т.е. встроен ошибочно;

6 - вырезание РНК-затравки и застройку брешей новой ДНК;

7 - сшивку фрагментов новой ДНК в одну ковалентно-непрерывную цепь.

Природной затравкой для репликации ДНК является олигонуклеотид РНК - РНК – затравка. Механизм действия ДНК-полимераз таков, что синтез (на матрице) новой полинуклеотидной цепи не может начаться с включения в нее первого нуклеотида. Синтез идет только как удлинение уже существующего полинуклеотида, который комплементарен матрице и образует с ней двуспиральный комплекс матрица-затравка. Каждый нуклеотид включается в цепь лишь в случае его комплементарности нуклеотиду, занимающему данную позицию в составе матрицы.

Лидирующая цепь – длинный непрерывный участок (1600000 н.п.)

Запаздывающая цепь – короткие участки (1500 н.п.) (фрагменты Оказаки)

Репликативная вилка. Короткие стрелки — фрагменты Оказаки

(Рисунок из презентации)

Варианты роста новой цепи ДНК:

1 - рост происходит в одном направлении от точки начала репликации;

2 - рост происходит в обоих направлениях;

3 - рост происходит в одном направлении, вдоль одноцепочечной ДНК.

В пределах одной молекулы ДНК может быть одна или несколько точек начала репликации и соответствующих им репликонов.

6)Уровни организации генома эукариот.

Очень большой по размерам геном (У человека 5*10*9 н.п.)

Количество структурных генов при этом возрастает не очень сильно т.о. геном эукариот избыточен:

а) некоторые гены и нуклеотидные последовательности многократно повторяются

б) много генетических элементов имеющих регуляторную функцию

в) часть ДНК не содержит генов – «молчащая ДНК» – у некоторых видов до 99%

г) гены эукариот « прерывисты» – включают кодирующие участки – экзоны и некодирующие участки - интроны

д) Характерно присутствие Т – кластеров (сложных генов), кодирующих длинные полипептидные цепи с несколькими ферментными активностями

Перекрывание генов – тенденция максимального использования информационной емкости

7)Химический и структурный состав хромосом.

Хромосомы - нуклеопротеидные структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма, способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют её в ряду поколений.

В митотическом цикле наблюдаются следующие особенности структурной организации хромосом:

Различают митотическую и интерфазную формы структурной организации хромосом, взаимопереходящие друг в друга в митотическом цикле - это функциональные и физиологические превращения

1 - функциональные превращения - компактизация - декомпактизация в клеточном цикле. Компактные, конденсированные, имеющие определенное строение во время митоза.

Для интерфазных хромосом в основном свойственно деспирализованное состояние. Степень спирализации отдельных фрагментов хромосом варьирует, образуя совокупность более или менее рыхло расположенных нитчатых образований и глыбок хроматина ядра эукариотических клеток.

2 - смена двух физиологических форм: транспортной (идентифицируемой во время деления, хромосомы компактные ясно различимые) и функциональной в виде - хроматина (в промежутках между делениями, хромосомы разрыхленные, нитевидные и не различимые по отдельности).

Химическая организация хромосом.

Химический состав хромосом - ДНК- 40%, гистоновых белков - 40%, негистоновых - 20% немного РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов.

Имеется 5 фракций основных гистоновых белков (Н1, Н2А, Н2В, НЗ, Н4) и более 100 фракций кислых негистоновых белков.

Химический состав хромосомы это - комплекс нуклеиновых кислот с белками, углеводами, липидами и металлами. В хромосоме происходит регуляция активности генов и их восстановление при химическом или радиационном повреждении.

8)Уровни упаковки наследственного материала у эукариот.

Различают три уровня организа­ции наследственного материала эукариотических организмов: генный, хромосомный и геномный (уровень генотипа).

Элементарной структурой генного уровня служит ген. Передача генов от родителей потомку необходима для развития у него определенных признаков. Хотя известно несколько форм биологической изменчивости, только нарушение структуры генов изменяет смысл наследственной информации, в соответствии с которой формируются конкретные признаки и свойства. Благодаря наличию генного уровня возможно индивидуальное, раздельное (дискретное) и независимое наследование и изменения отдельных признаков.

Гены клеток эукариот распределены группами по хро­мосомам. Это структуры клеточного ядра, которым свойст­венна индивидуальность и способность к самовоспроизведению с сохранением в ряду поколений индивидуальных черт строения. Наличие хромосом обусловливает выделение хромосомного уровня организации наследственного материала. Размещение генов в хромосо­мах влияет на соотносительное наследование признаков, делает возможным воздействия на функцию гена со стороны его ближайшего генетического окружения — соседних генов. Хромосомная организация наследственного материала служит необходимым условием перераспре­деления наследственных задатков родителей в потомках при половом размножении.

Несмотря на распределение по разным хромосомам, вся со­вокупность генов в функциональном отношении ведет себя как целое, образуя единую систему, представляющую геномный (генотипический)  уровень  организации     наследственного материала. На этом уровне происходит широкое взаимодействие и взаимовлияние наследственных задатков, локализующихся как в одной, так и в разных хромосомах. Итогом является взаимосоответствие генетической информации разных наследственных задатков и, следова­тельно, сбалансированное по времени, месту и интенсивности развитие признаков в процессе онтогенеза. Функциональная активность генов, режим репликации и мутационных изменений наследственного матери­ала также зависят от характеристик генотипа организма или клетки в целом.