- •Карагандинский государственный медицинский университет Кафедра Молекулярной биологии и медицинской генетики
- •Методические рекомендации для семинарских занятий
- •Тема 1: Введение в молекулярную биологию и медицинскую генетику. Техника микроскопирования.
- •Тема 2: Молекулярное строение клеточных мембран.
- •Тема 3. Молекулярные механизмы внутриклеточного транспорта
- •Тема 4. Структура внутриклеточных органелл
- •Тема 5. Функция внутриклеточных органелл.
- •Тема 6. Цитоскелет. Межклеточные контакты, межклеточная адгезия, внеклеточный матрикс.
- •Тема 7. Молекулярные механизмы передачи сигнала в клетку. Основные механизмы внутриклеточной сигнализации.
- •Тема 8. Строение и функции белков. Фолдинг белков.
- •Тема 9. Строение и функции днк
- •Тема 10. Репликация днк
- •Тема 11. Генетический код.
- •Тема 12. Виды рнк. Строение и функции. Транскрипция. Посттранскрипционная модификация рнк
- •Тема 13. Биосинтез белка.
- •Тема 14. Рубежный контроль – коллоквиум
Тема 10. Репликация днк
Цель: изучить процесс самоудвоения молекулы ДНК
Основные вопросы темы:
Значение репликации ДНК
Этапы репликации
Репликон
Белки, участвующие в репликации ДНК
Информационный блок
Репликация - это важнейший внутриядерный процесс. Это способность к самокопированию, приводит к удвоению количества ДНК. Репликация происходит благодаря особенностям химической организации молекулы ДНК, состоящей из двух комплементарных цепей.
В процессе репликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплементарная ей цепь.
В итоге из одной двойной спирали ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Такой способ удвоения, при котом каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь называется полуконсервативным.
Процесс репликации ДНК согласован с клеточным делением и требует совместного действия многих белков. В нем участвуют:
1. ДНК-хеликаза и дестабилизирующие белки; они расплетают двойную спираль родительской ДНК и формируют репликационную вилку.
2. ДНК-полимеразы, которые катализируют синтез полинуклеотидной цепи ДНК в направлении 3'-5, копируя в репликационной вилке матрицу с высокой степенью точности. Поскольку две цепи двойной спирали ДНК антипараллельны, в направлении 5'-3' непрерывно синтезируется лишь одна из двух цепей, ведущая; другая цепь, отстающа, синтезируется в виде коротких фрагментов Оказаки. ДНК-полимераза способна к исправлению собственных ошибок, но не может самостоятельно начать синтез новой цепи.
3. ДНК-праймаза, которая катализирует короткие молекулы РНК-затравки. Впоследствии фрагменты РНК удаляются - их заменяет ДНК.
4.Теломераза, заканчивающая построение недорепликацированых 3'-концов линейных молекул ДНК.
5. ДНК-топоизомеразы, помогающие решить проблемы кручения и спутывания спирали ДНК.
6. Инициаторные белки, связывающиеся в точке начала репликации и способствующие образованию нового репликационного глазка с одной или двумя вилками. В каждой из вилок вслед за инициаторными белками к расплетенной ДНК сначала присоединяется белковый комплекс, состоящий из ДНК-хеликазы и ДНК-праймазы (праймосома).
Затем к праймосоме добавляются другие белки и возникает "репликационная машина", которая и осуществляет синтез ДНК.
Самостоятельная работа студентов:
Раб 1. Зарисуйте в альбом схему процесса репликации, с обозначением всех компонентов и участников этого действия:
Виды контроля:
1. Контроль исходного уровня знаний
2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов
3. Контроль итогового уровня знаний
Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.
Тема 11. Генетический код.
Цель: Изучение строения и свойств генетического кода
Задачи обучения:
Изучить химическую организацию ДНК и способы записи генетической информации
Ознакомиться со свойствами генетического кода
Изучить уникальные и повторяющиеся последовательности молекулы ДНК.
Основные вопросы темы:
2. Понятие триплетности кода.
3. Основные свойства генетического кода.
4. Роль нонсенс-кодонов и старт-кодонов.
5. Структурные отличия ДНК от РНК.
6. Уникальные и повторяющиеся последовательности молекулы ДНК.
Информационный блок:
Все многообразие жизни обусловлено разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции.
Структура белков определяется набором и последовательностью расположения аминокислот в их пептидных цепях.
Именно эта последовательность аминокислот в пептидах зашифрована в молекулах ДНК с помощью биологического (или генетического кода).
В 1954г. Г. Гаммовым было высказано предложение, что кодирование информации в молекулах ДНК должно осуществляться сочетаниями нескольких нуклеотидов.
Т.к. в природе обнаружено 20 различных аминокислот, составляющих многообразие белков, для их шифровки необходимо три нуклеотида, т.е. триплетный код. В этом случае из четырех нуклеотидов образуется: 43=64 триплета. (Если бы код состоял из 2-х нуклеотидов, то можно было зашифровать только 16 аминокислот 42=16).
Полная расшифровка генетического кода проведена в 60 годы 20 века. Из 64-х триплетов ДНК 61 триплет кодирует различные аминокислоты, а 3 триплета называются бессмысленными, или «нонсенс-триплетов». Они не шифруют аминокислоты, а выполняют функцию знаков препинания при считывании наследственной информации (АТТ, АЦТ, АТЦ).
Генетический код
Генетический код–это последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК или и-РНК, которая определяет последовательность аминокислот в белках.
Генетический код триплетен.
Большинство кодонов генетического кода различаются по третьему нуклеотиду.
Генетический код написан на языке РНК, так как она является посредником в синтезе белков.
Генетический код в кодонах РНК
Ala/A |
GCU, GCC, GCA, GCG |
Leu/L |
UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG |
Arg/R |
CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG |
Lys/K |
AAA, AAG |
Asn/N |
AAU, AAC |
Met/M |
AUG |
Asp/D |
GAU, GAC |
Phe/F |
UUU, UUC |
Cys/C |
UGU, UGC |
Pro/P |
CCU, CCC, CCA, CCG |
Gln/Q |
CAA, CAG |
Ser/S |
UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
Glu/E |
GAA, GAG |
Thr/T |
ACU, ACC, ACA, ACG |
Gly/G |
GGU, GGC, GGA, GGG |
Trp/W |
UGG |
His/H |
CAU, CAC |
Tyr/Y |
UAU, UAC |
Ile/I |
AUU, AUC, AUA |
Val/V |
GUU, GUC, GUA, GUG |
START |
AUG |
STOP |
UAG, UGA, UAA |
СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА:
Код триплетен- одна аминокислота шифруется тремя нуклеотидами, т.е. единицей генетического кода является триплет или кодон.
Вырожденность или избыточность кода- многие аминокислоты шифруются несколькими триплетами.
Код специфичен- каждый триплет кодирует одну определенную аминокислоту.
Универсальность кода- это полное соответствие кода у различных видов живых организмов на земле.
Непрерывность кода- последовательность нуклеотидов считывает триплет за триплетом без пропусков и знаков препинания.
Неперекрываемость кода- соседние триплеты или кодоны не перекрывают друг друга, а каждый отдельный нуклеотид входит в состав только одного триплета.
Самостоятельная работа студентов:
Раб 1. Фрагмент полипептида имеет следующую последовательность аминокислотных остатков: Мет – Фен – Тир – Три. Напишите все возможные варианты последовательностей нуклеотидов участка иРНК, с которого произошла трансляция этого пептида.
Раб 2. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующий состав нуклеотидов: 3/..... ААААГААТАГГГГТТАТААТГАЦА..... 5/. Сколько АК (аминокислот) может быть закодировано в данном фрагменте ДНК? Напишите последовательность АК полипептида, закодированного в данном фрагмента ДНК. Как изменится аминокислотный состав полипептида, если в трех последних кодочах третий нуклеотид заменить на тимидиловый?
Раб 3.
На основании таблицы генетического кода , составить другую таблицу, где следует указать:
Избыточные кодоны |
Одиночные кодоны |
Инициирующие кодоны |
Терминирующие кодоны |
|
|
|
|