1. Основные генетичиские механизмы

STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Основные
генетические
механизмы
Тренинг «Использование методики Xpert MTB/RIF», г.Душанбе, 29 июля – 2 августа 2013 г.
Презентация подготовлена в рамках проекта USAID «Посилення контролю за туберкульозом в Україні».
Взгляды автором, изложенные в презентации, не обязательно отображают точку зрения Агентства США по
международному развитию или Правительства Соединенных Штатов
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ «ЗАПИСАНА» В ДНК
• ДНК несет в себе генетическую информацию
• Передача генетической информации может
происходить:
- на другую молекулу ДНК (репликация)
- на РНК (транскрипция)
Проявление действия гена в
фенотипе (экспрессия) происходит путем биосинтеза белка.
Под фенотипом понимают
физические характеристики
организма на основе его
генетической информации (генотипа)
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА (ДНК)
• Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
представляет собой молекулу, кодирующую
генетическую информацию, используемую в
развитии и функционировании всех известных живых
организмов и многих вирусов.
• Наряду с РНК и белками, ДНК является одним из
трех основных макромолекулярных веществ,
необходимых для всех известных форм жизни.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
СТРУКТУРА ДНК
• Пространственная
конфигурация молекулы ДНК
– двойная спираль
• По химической структуре
ДНК является биополимером
• Мономерами этой структуры
служат нуклеотиды
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Нуклеотиды ДНК
Каждый нуклеотид состоит
из пятиуглеродного сахара
дезоксорибозы, азотистого
основания и остатка
фосфорной кислоты
В ДНК содержится четыре типа
нуклеотидов, отличающихся своими
азотистыми основаниями:
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Взаимодействие нуклеотидов ДНК
•Нуклеотиды соединяются между собой в
цепочку – сахарофосфатный остов –таким
образом, что азотистые основания
обращены перпендикулярно цепи
•Цепочки ДНК соединены между собой
непрочными водородными связями, которые,
удерживают их вместе благодаря своей
многочисленности (по типу застежки«молнии»)
•Эти водородные связи образуются между
пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми
основаниями по принципу
комплементарности: аденину соответствует
тимин (две водородные связи), а гуанину –
цитозин (три водородные связи)
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
СТРУКТУРА ДНК
• Остаток фосфорной кислоты каждого нуклеотида
присоединен к пятому атому углерода в
циклической молекулы дезоксирибозы
• При полимеризации остаток фосфорной кислоты
соседнего нуклеотида присоединяется к третьему
атому углерода
• Таким образом сахарофосфатный остов строится
по направлению от 5ˊ конца к 3ˊ концу
• Две нити ДНК строятся ферментом ДНКполимеразой в противоположных направлениях.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
• Репликация ДНК представляет
собой процесс, в котором каждая
нить оригинальной двухцепочечной
молекулы ДНК служит матрицей
для воспроизводства
комплементарной цепи.
• Репликации предшествует
«расплетание» молекулы ДНК,
осуществляемое ферментом ДНКгиразой.
• Фермент ДНК-полимераза
синтезирует новую ДНК путем
добавления нуклеотидов к
соответствующему шаблону нити.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Ген – участок молекулы ДНК , который кодирует
последовательность
аминокислот
белка
(структурные гены) либо выполняет регуляторные
функции
• Генетическая информация
в ДНК «записана» при помощи
генетического кода – системы
соответствия между последоваТельностью нуклеотидов и последовательностью аминокислот белка
• «Буквами» генетического кода являются нуклеотиды,
а «словами» – последовательности из трех
нуклеотидов (триплеты или кодоны)
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
КОДОН
• Существует 64 кодона,
кодирующие 20 аминокислот.
Одну аминокислоту может
кодировать несколько
кодонов, но каждому кодону
соответствует единственная
аминокислота.
• Выделяют также «старт» и
«стоп» кодоны,
сигнализирующие о начале и
конце синтеза
аминокислотной
последовательности.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА(РНК)
• Основной функцией РНК является
«переписывание» генетической информации с
ДНК и реализация ее в биосинтезе белка
(трансляция)
• РНК, также как и ДНК, представляет собой
биополимер, состоящий из мономеровнуклеотидов, отличающихся сахаром (рибоза
вместо дезоксирибозы) и одним из
пиримидиновых оснований (урацил вместо
тимина)
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
ТРАНСКРИЦИЯ – СИНТЕЗ РНК НА ДНК–МАТРИЦЕ
В результате
транскрипции
образуются молекулы
матричной РНК (мРНК),
несущие информацию
для синтеза белка, а
также транспортные
(тРНК), рибосомные
(рРНК) и другие виды
РНК, выполняющие
регуляторные функции
Синтез РНКкопий
нуклеотидных
последовательностей
участков
молекулы ДНК
катализируется ферментом
РНКполимеразой
РНК-полимераза прочно
присоединяется к
специфическому участку
ДНК−промотору и раскручивает
участок двойной спирали,
вследствие чего одна из двух
разделенных цепей служит
матрицей для комплементарного
соединения с нуклеотидами
РНК. РНК продвигается по цепи
ДНК, пока не достигнет «стоп»кодона, после чего отделяется.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
СИНТЕЗ РНК
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Трансляция – перевод последовательности
нуклеотидов мРНК в последовательность
аминокислот полипептидной цепочки
синтезируемого белка
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Оперон − функциональная единица генома бактериальной клетки
Под опероном понимают
группу структурных генов,
дополненную
последовательностью, которая
контролирует транскрипцию
Оперон
Промотор
Оператор
РНКполимераза
Структурные гены
Ген А
Транскрипция
Промотор Регулятор
Отдельный
регуляторный ген с
собственным
промотором
кодирует
регуляторный
пептид
ГенВ ГенС
Транскрипция
Регуляторный белок
связывается с
оператором и регулирует
транскрипцию mРНК
мРНК
Трансляция
мРНК
Трансляция
Регуляторный
пептид
Белки (ферменты),
являющиеся продуктом
mРНК катализируют
биохимические реакции
Субстрат
А
В
Промежуточный
продукт
С
Конечный
продукт