Генетическая информация. Репликация ДНК

Тема: Генетическая информация. Репликация ДНК

Задачи:

Сформировать знания о хранении информации о белках в ДНК, о передаче информации при делении клеток путем репликации ДНК.

Белки и ДНК

Один из важнейших видовых критериев — биохимический критерий — основан на сравнении органических макромолекул у различных видов, в первую очередь сравнение ДНК и белков. По сходству в строении ДНК и белков можно с достаточной вероятностью показать, насколько близкими родственниками являются те или иные виды.

Белки и ДНК

В каждой клетке синтезируется несколько тысяч различных белковых молекул . Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются.

Способность клетки синтезировать определенные белки — закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК.

Белки и ДНК

В геноме человека около 50 000 генов , которые находятся в 23 хромосомах. Одна хромосома содержит несколько тысяч генов, которые располагаются в линейном порядке.

Гены хранят информацию о последовательности аминокислот в полипептидной цепочке, кроме того, они кодируют и некоторые виды РНК — входящие в состав рибосом, рРНК и тРНК, отвечающие за транспорт аминокислот.

Белки и ДНК

Ген — участок молекулы ДНК, кодирующий первичную последовательность аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в молекулах транспортных и рибосомальных РНК.

Мутация гена может привести к изменению свойств белка. Например, изменение одной пары нуклеотидов в гемоглобине приводит к замене глутамина на валин и к серповидно-клеточной анемии.

Репликация

Одним из уникальных свойств молекулы ДНК является ее способность к самоудвоению — воспроизведению точных копий исходной молекулы.

Благодаря этой способности молекулы ДНК, осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления. Процесс самоудвоения молекулы ДНК называют репликацией .

Репликация — сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз и многих других).

Репликация

Репликация осуществляется полуконсервативным способом , то есть под действием ферментов молекула ДНК раскручивается и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы , по принципу комплементарности достраивается новая цепь.

Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является неизменной, материнской, а вторая — вновь синтезированной. Раскручивание молекулы происходит на небольшом отрезке (несколько десятков нуклеотидов), называемом репликативной вилкой .

Репликация

Синтез дочерних цепей ДНК на одном участке сопровождается раскручиванием нового отрезка ДНК. Таким образом, репликативная вилка перемещается вдоль молекулы, пока не дойдет до точки окончания синтеза.

Репликация

В материнской ДНК цепи антипараллельны. ДНК-полимеразы способны двигаться в одном направлении — от 3'-конца к 5'-концу, строя дочернюю цепь антипараллельно — от 5' к 3'-концу.

Одна ДНК-полимераза передвигается в направлении 3'→5' по одной цепи ДНК, синтезируя лидирующую цепь .

Репликация

Другая ДНК-полимераза движется по другой цепи (5'—3') в обратную сторону (тоже в направлении 3'→5'), синтезируя вторую дочернюю цепь фрагментами Оказаки , которые после завершения репликации сшиваются в единую цепь. Эта цепь называется отстающей .

Репликация

Эукариотические хромосомы содержат большое число репликонов .

Репликационная вилка начинается с образования особой структуры – репликационного глаза .

Участок, в котором образуется репликационный глаз, называют точкой начала репликации (около 300 нуклеотидов).

Репликация идет в обоих направлениях, полная репликация генома млекопитающих заканчивается за 9 часов.

Репликация

Во время репликации энергия молекул АТФ не расходуется, так как для синтеза дочерних цепей при репликации используются не дезоксирибонуклеотиды (содержат один остаток фосфорной кислоты), а дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (содержат три остатка фосфорной кислоты).

При включении дезоксирибонуклеозидтрифосфатов в полинуклеотидную цепь два концевых остатка отщепляются, и освободившаяся энергия используется на образование сложноэфирной связи между нуклеотидами.

Повторение:

• Какие факты молекулярной биологии свидетельствуют о едином предке у человека и человекообразных обезьян?
• Каким образом восстанавливаются разрушенные белковые молекулы?
• Почему митохондрии и пластиды имеют собственную ДНК?
• Почему говорят, что удвоение ДНК происходит полуконсерватиным способом?
• В каком направлении движется фермент ДНК полимераза, в каком направлении происходит рост новой цепи нуклеотидов?
• Что такое фрагменты Оказаки?
• За счет какой энергии происходит образование химических связей в новой цепи нуклеотидов ДНК?
• Что такое репликационный глаз?

Повторение:

Тест 1. Сходство и отличие организмов определяются, в конечном счете, набором:

• Нуклеиновых кислот и белков.
• Жиров.
• Углеводов.
• Белков, и жиров, и углеводов.

Тест 2. Верное суждение:

• Белки у представителей одного вида совершенно одинаковы.
• Гемоглобин человека и шимпанзе одинаков.
• Гемоглобин у гориллы и шимпанзе одинаков.
• Молекулы белков устойчивы и сохраняются на протяжении всей жизни человека.

Тест 3. Молекула гемоглобина состоит из:

• Одной полипептидной цепи.
• Двух полипептидных цепей.
• Трех полипептидных цепей.
• Четырех полипептидных цепей.

Повторение:

**Тест 4. Могут быть закодированы в гене:

• Последовательность аминокислот в полипептиде.
• Последовательность моносахаридов в полисахариде.
• Набор карбоновых кислот в молекуле жира.
• Последовательность нуклеотидов в тРНК, рРНК.

**Тест 5.Пары комплементарных нуклеотидов в ДНК:

• Адениловый — гуаниловый.
• Адениловый — тимидиловый.
• Гуаниловый — цитидиловый.
• Цитидиловый — тимидиловый.

**Тест 6. Для репликации необходимы:

• АТФ. 5. ТТФ.
• УТФ. 6. РНК-полимераза.
• ГТФ. 7. ДНК-полимераза.
• ЦТФ. 8. Матричные цепи ДНК.

Повторение:

Тест 7. Верное суждение:

1. При репликации одна молекула ДНК остается неизменной, вторая синтезируется заново.

2. При репликации в образованных молекулах ДНК одна цепь нуклеотидов неизменна, вторая синтезируется заново

3. При репликации происходит разрушение старых цепей нуклеотидов и образование новых.

4. При репликации только одна цепь нуклеотидов разрушается, вторая остается неизменной и служит в качестве матрицы.

**Тест 8. Информация о белках в клетках у эукариот находится:

• В ядре. 5. В комплексе Гольджи.
• В митохондриях. 6. В рибосомах.
• В пластидах. 7. В ЭПС.
• В лизосомах. 8. Во включениях.

Повторение:

Тест 9. Фрагмент ДНК содержит 30000 нуклеотидов. При репликации потребуется:

• 15 000 нуклеотидов.
• 30 000 нуклеотидов.
• 60 000 нуклеотидов.
• 90 000 нуклеотидов.

Тест 10. В молекуле ДНК 30000 адениловых нуклеотидов. Сколько адениловых и тимидиловых нуклеотидов при репликации потребуется?

• А — 60000, Т — 60000.
• А — 30000, Т — 30000.
• А — 15000, Т — 15000.
• Данных для ответа недостаточно.