Билеты по микробиологии

Билет 1.

Реализация генетической информации у прокариот: транскрипция, трансляция. Оперонная структура.

Принципиально важным свойством генетической информации является ее способность к переносу (передаче) как в пределах одной клетки, так и от родительской клетки к дочерним либо между клетками разных индивидуумов в процессах клеточного деления и размножения организмов. Что касается направлений внутриклеточного переноса генетической информации, то в случае ДНК-содержащих организмов они связаны с процессами репликации молекул ДНК, т.е. с копированием информации, либо с синтезом молекул РНК (транскрипцией) и образованием полипептидов (трансляцией). Как известно, каждый из указанных процессов осуществляется на основе принципов матричности и комплементарности.

Сложившиеся представления о переносе генетической информации по схеме ДНК → РНК → белок принято называть "центральной догмой" молекулярной биологии. Наряду с этим (наиболее распространенным) направлением переноса, который иногда обозначают как "общий перенос", известна и другая форма реализации генетической информации ("специализированный перенос"), обнаруженная у РНК-содержащих вирусов. В этом случае наблюдается процесс, получивший название обратной транскрипции, при котором первичный генетический материал (вирусная РНК), проникший в клетку-хозяина, служит матрицей для синтеза комплементарной ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы), кодируемой вирусным геномом. В дальнейшем возможна реализация информации синтезированной вирусной ДНК в обычном направлении. Следовательно, специализированный перенос генетической информации осуществляется по схеме РНК → ДНК → РНК → белок.

Транскрипция является первым этапом общего переноса генетической информации и представляет собой процесс биосинтеза молекул РНК по программе ДНК. Принципиальный смысл этого процесса состоит в том, что информация структурного гена (либо нескольких расположенных рядом генов), записанная в форме нуклеотидной последовательности кодирующей нити ДНК в ориентации 3'→ 5', переписывается (транскрибируется) в нуклеотидную последовательность молекулы РНК, синтезируемой в направлении 5' → 3' на основе комплементарного соответствия дезоксирибонуклеотидов матричной нити ДНК рибонуклеотидам РНК (А-У, Г-Ц, Т-А, Ц-Г).

Транскрипция подразделяется на три основные стадии — инициацию (начало синтеза РНК), элонгацию (удлинение полинуклеотидной цепочки) и терминацию (окончание процесса).

Трансляция как очередной этап реализации генетической информации заключается в синтезе полипептида на рибосоме, при котором в качестве матрицы используется молекула мРНК (считывание информации в направлении 5' → 3'). В клетках прокариот, не имеющих настоящего ядра с оболочкой, хромосомный генетический материал (ДНК) практически находится в цитоплазме, что определяет непрерывный характер взаимосвязи процессов транскрипции и трансляции. Иными словами, образовавшийся лидирующий 5'-конец молекулы мРНК, синтез которой еще не завершен, уже способен вступать в контакт с рибосомой, инициируя синтез полипептида, т.е. транскрипция и трансляция идут одновременно. 

Как и в случае транскрипции, процесс трансляции можно условно подразделить на три основные стадии — инициацию, элонгацию и терминацию.

Для инициации трансляции принципиально важное значение имеет специфичность структурной организации группы идентичных рибосом (полирибосомы, или полисомы), которая может участвовать в синтезе первичной структуры определенной белковой молекулы (полипептида), кодируемой соответствующей мРНК. 

В процессе трансляции участвуют также молекулы тРНК, функции которых состоят в транспортировке аминокислот из цитозоля (цитоплазматического раствора) к рибосомам. 

Одной из особенностей трансляции у прокариот является включение в пептидную цепь в качестве первой аминокислоты модифицированного метионина - формилметионина, с которого начинаются все вновь синтезированные пептиды. Даже в том случае, когда роль стартового кодона выполняет кодом ГУГ, в обычных условиях шифрующий валин, в первом положении пептида оказывается формилметионин. Стартовый кодон АУГ или ГУГ следует за лидерным участком, который экранируется рибосомой в момент инициации трансляции.

Соединение рибосомы с мРНК обусловлено комплементарным взаимодействием нуклеотидов одной из рРНК с нуклеотидной последовательностью лидера мРНК.

Эта последовательность (Шайна-Дальгарно) располагается на расстоянии 4-7 оснований перед кодоном АУГ и обнаруживается повсеместно в лидерных участках у прокариот.

При соединении 5'-конца мРНК с малой субчастицей рибосомы стартовый кодон обычно оказывается почти в середине экранированного рибосомой фрагмента мРНК, в области, соответствующей ее П-участку.

Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входятцистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Такая функциональная организация позволяет эффективнее регулировать транскрипцию этих генов.

Концепцию оперона для прокариот предложили в 1961 году французские ученые Жакоб и Моно, за что получили Нобелевскую премию в 1965 году.

Опероны по количеству цистронов делят на моно-, олиго- и полицистронные, содержащие, соответственно, только один, несколько или много цистронов (генов).

Характерным примером оперонной организации генома прокариот является лактозный оперон, триптофановый, пиримидиновый и bgl опероны уEscherichia coli

Начинается и заканчивается оперон регуляторными областями — промотором в начале и терминатором в конце, кроме этого, каждый отдельный цистрон может иметь в своей структуре собственный промотор и/или терминатор.

Пути передачи инфекции и механизмы заражения. Виды инфекций в зависимости от источника инфекции.

Пусковым элементом эпидемиологического процесса является источник инфекции.

Источник инфекции – это экологическая система, в которой возбудитель нашел естественную среду обитания, где он способен размножаться и выделяться в окружающую среду в жизнеспособном состоянии. Инфекции, источником которых является только человек, называются антропонозными (например, брюшной тиф), а если источником являются животные – зоонозными (например, бруцеллез). Инфекции, источником которых является окружающая среда, называются сапронозными.

Механизм передачи (заражения) – способ перемещения возбудителя от источника инфекции в восприимчивый организм.

Механизм передачи включает 3 этапа:

- выведение возбудителя из источника инфекции;

- пребывание возбудителя в объектах окружающей среды, которые называются факторами передачи;

- проникновение возбудителя в чувствительный организм.

Различают следующие механизмы передачи:

- фекально-оральный;

- аэрогенный (респираторный);

- кровяной;

- контактный;

- вертикальный (трансплацентарный).

Факторы передачи обеспечивают путь передачи возбудителя в чувствительный механизм, т.е. третий этап механизма передачи (МП).

Для фекально-орального МП возможны водный, пищевой (алиментарный) и контактно-бытовой (через предметы перехода).

Для аэрогенного – воздушно-капельный и воздушно-пылевой.

Для кровяного – через укусы кровососущих членистоногих (трансмиссивный).

Для контактного – контактно-бытовой и контактно-половой.

Для вертикального – трансплацентарный.

Инфекции в зависимости от механизма передачи подразделяются на:

1. Инфекции с фекально-оральным механизмом;

2. Респираторные инфекции;

3. Инфекции с кровяным механизмом передачи;

4. Инфекции наружных покровов;

5. Инфекции, передаваемые половым путем.