Роль ДНК в передаче наследственной информации, эвери маклеод

Содержание

Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации
Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации
Эксперимент Эвери, Маклеода и Маккарти
Предыстория
Эксперимент
Литература
Примечания
39.Доказательства роли днк в передаче наследственной информации.
Эксперимент Гриффита — Griffith’s experiment
Рекомендации
дальнейшее чтение

Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации

Трансформация – это способность одного штамма бактерий встраивать участки молекулы ДНК другого штамма и приобретать при этом свойства последнего.

Одним из доказательств роли ДНК в передаче наследственной информации были опыты по трансформации бактерий (Ф. Гриффитс, 1928). В результате их анализа было высказано предположение, что свойство вирулентности от одного штамма пневмококков к другому передают фрагментами молекулы ДНК.

Второе доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации получили Н. Циндер и Дж. Ледерберг. В 1952 г. они описали явление трансдукции.

Трансдукция – это способность бактериофагов переносить фрагменты ДНК от одного штамма бактерий к другому и передавать соответствующие свойства.

Еще одним доказательством того, что нуклеиновые кислоты, а не белки, являются носителями генетической информации, были опыты X. Френкель-Конрата (1950) с вирусом табачной мозаики.

Так, с открытием явлений трансформации, трансдукции и механизмов взаимодействия вируса и клетки была доказана роль нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации.

В молекулах ДНК с помощью генетического кода зашифрована информация о последовательности аминокислот в пептидах. Именно многообразием белковых молекул, выполняющих в клетках разнообразные биологические функции, обуславливается многообразие жизни.

Система записи генетической информации в ДНК (и-РНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом.

Свойства генетического кода:

1. Триплетность – одной аминокислоте в полипептидной цепочке соответствуют три расположенных рядом нуклеотида молекулы ДНК (и-РНК); минимальная единица функции — триплет (кодон).

2. Вырожденность (избыточность) — количество возможных триплетов 64, а аминокислот – 20, поэтому одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов.

3. Неперекрываемость – один нуклеотид входит в состав только одного триплета.

4. Универсальность – у всех живых организмов одинаковые триплеты кодируют одинаковые аминокислоты.

5. Однонаправленность считывания (5′ => 3′).

6. Среди триплетов генетического кода есть такие, которые не кодируют аминокислот. Они являются «nonsens»-кодонами (терминаторами), обозначающими конец синтеза данной полипептидной молекулы. К ним относятся в ДНК: АТТ, АЦТ, АТЦ; в РНК: УАА, УГА, УАГ.

Соответствие кодонов и-РНК аминокислотам

Первое азотистое основание	Второе азотистое основание	Третье азотистое основание
	У	Ц	А	Г
У	фен фен лей лей	сер сер сер сер	тир тир non non	цис цис non три	У Ц А Г
Ц	лей лей лей лей	про про про про	гис гис глн глн	арг арг арг арг	У Ц А Г
А	иле иле иле мет	тре тре тре тре	асн асн лиз лиз	сер сер арг арг	У Ц А Г
Г	вал вал вал вал	ала ала ала ала	асп асп глу глу	гли гли гли гли	У Ц А Г

Генетическая информация, записанная в виде определенной последовательности нуклеотидов молекулы ДНК, обеспечивает синтез определенного белка-фермента, который катализирует течение соответствующей биохимической реакции, в результате чего проявляется признак.

На первых этапах генетики существовал принцип «один ген — один признак».

В 40-х годах XX века Г. Бидл и Е. Татум установили, что гены отвечают за образование ферментов, которые через клеточный метаболизм оказывают влияние на развитие морфологических и физиологических признаков. Они выдвинули гипотезу «один ген – один фермент».

После того, как генетики получили возможность изучать первичные продукты генов, то есть белки, был сформулирован принцип: «один ген – один белок». Структурным элементом белков служат аминокислоты, образующие полипептидные цепи. Обычно в полипептидную цепь входит около 100-200 аминокислот. Последовательность их расположения определяет структуру и биологические свойства белка и зависит от последовательности нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК (гене). Каждая из 20 аминокислот кодируется последовательностью из трех нуклеотидов (триплет), составляющих кодон.

Ген не всегда детерминирует синтез целой белковой молекулы. Многие белки состоят из нескольких полипептидных цепей, которые кодируются разными генами. Поэтому в настоящее время более точным является принцип: «один ген — один полипептид». Этот принцип находит свое отражение также в том факте, что линейный нуклеотидный код ДНК и последовательность аминокислот в полипептиде соответствуют друг другу (т.е. они колинеарны). Перевод «кода» нуклеотидов на «язык» белка осуществляется по принципу матричного синтеза.

Синтез белковых молекул – сложный многоступенчатый процесс. Непосредственным участником его являются молекулы РНК.

Структура нуклеотидов РНК сходна с таковой ДНК, но имеются отличия.

1) вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов РНК входит пятиуглеродный сахар – рибоза;

2) вместо азотистого основания тимина – урацил;

3) молекула РНК обычно представлена одной полинуклеотидной цепочкой (у некоторых вирусов – двумя).

Различают три типа РНК:

• информационная, или матричная РНК, – и-РНК – копируя и перенося генетическую информацию с ДНК на полирибосомы, служит матрицей для синтеза определенного белка;

• транспортная РНК – т-РНК – обладает способностью присоединять к себе соответствующую ей аминокислоту и транспортировать ее из цитоплазмы в полирибосомы;

• рибосомная РНК – р-РНК – входит в состав рибосом, являющихся главным аппаратом синтеза белка; считают, что р-РНК обеспечивает определенное пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК.

Специальный фермент (РНК-полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК (синтезируется молекула и-РНК – комплементарная копия одной из цепочек ДНК, содержащая информацию о строении полипептида). Этот процесс называется транскрипцией. Молекула и-РНК выходит в цитоплазму через ядерные поры и располагается в малой субъединице рибосомы.

Следующий этап в биосинтезе белка – перевод последовательности нуклеотидов молекулы и-РНК в последовательность аминокислот полипептида с участием особых транспортных РНК и рибосом – процесс трансляции. Транспортные РНК (т-РНК) «приносят» аминокислоты в большую субъединицу рибосомы. Молекула т-РНК имеет сложную конфигурацию и похожа по форме на лист клевера. На верхушке расположен триплет свободных нуклеотидов, которые по своему генетическому коду соответствуют определенной аминокислоте (антикодон); на 5′ конце располагается азотистое основание, а на 3′ конце – триплет. Каждая т-РНК может переносить только свою аминокислоту. Процесс узнавания «своей» аминокислоты называется рекогницией. Аминокислота присоединяется к т-РНК с образованием аминоацил-т-РНК (фермент аминоацил-т-РНК-синтетаза и АТФ). Энергии этой связи достаточно для образования в последующем пептидной связи. Начальный этап трансляции называется инициацией; при этом к рибосоме всегда присоединяется метионин-т-РНК. Сам процесс трансляции (образование пептидных связей) называется элонгацией, а окончание трансляции — терминацией. Внутри большой субъединицы рибосомы в каждый данный момент находится всего два кодона и-РНК: один — в аминоацильном, второй – в пептидильном центрах. Т-РНК с аминокислотой подходит к аминоацильному центру рибосомы и, если антикодон т-РНК является комплементарным кодону и-РНК, происходит временное присоединение т-РНК с аминокислотой к кодону и-РНК. Затем рибосома передвигается на один кодон и-РНК, и т-РНК с аминокислотой перемещается в пептидильный центр, а к освободившемуся аминоацильному центру рибосомы приходит новая т-РНК с аминокислотой и антикодоном, комплементарным кодону и-РНК. С помощью ферментов между аминокислотами, находящимися в рибосоме, устанавливается пептидная связь. Одновременно разрушаются связи между первой аминокислотой и т-РНК, а также между т-РНК и и-РНК, и т-РНК уходит из рибосомы за следующей аминокислотой. Рибосома снова перемещается на один триплет, и процесс повторяется. Считывание информации идет в одном направлении 5′ => 3′. Так постепенно наращивается молекула полипептида, в которой аминокислоты располагаются в строгом соответствии с порядком кодирующих их триплетов (колинеарность). На заключительном этапе (терминация) рибосома доходит до одного из «nonsens» — кодонов и-РНК (УАА, УГА, УАГ), и синтез полипептида прекращается.

Уровни упаковки генетического материала.Двойная спираль молекулы ДНК соединяется с гистоновыми и негистоновыми белками, образуя нуклеопротеидные фибриллы. В интерфазе этот комплекс представлен в виде ядерной структуры, названной хроматином в связи с ее способностью прокрашиваться основным красителем. Длина нуклеопротеидных фибрилл в диплоидном наборе хромосом человека равна примерно 2n , а совокупная длина всех хромосом в метафазе составляет около 150 мкм. Принято считать, что каждая хроматида хромосомы содержит одну непрерывную молекулу ДНК. Упаковка генетического материала достигается путем спирализации (конденсации).

1. Первый уровень упаковки ДНК – нуклеосомный. Нуклеосома представляет собой глобулу (октамер), содержащую по две молекулы каждого из четырех гистонов — (Н2А, Н2В, Н3, Н4), вокруг которой двойная спираль ДНК образует около двух витков и переходит на следующую глобулу. Длина «накрученного» фрагмента ДНК составляет примерно 50 нм (около 200 пар нуклеотидов). Образованная таким способом нуклеосомная нить имеет диаметр 10-13 нм. Длина молекулы ДНК уменьшается в 5-7 раз. Нуклеосомный уровень упаковки обнаруживается в электронном микроскопе в интерфазе и в начале митоза.

2. Второй уровень упаковки – соленоидный (супернуклеосомный). Нуклеосомная нить конденсируется, ее нуклеосомы «сшиваются» гистоном Н1, и образуется спираль диаметром около 25 нм. Один виток спирали содержит 6-10 нуклеосом. Этим достигается укорочение нити еще в 6 раз. Супернуклеосомный уровень упаковки обнаруживается в электронном микроскопе как в интерфазных, так и в митотических хромосомах.

3. Третий уровень упаковки – хроматидный (петлевой). Супернуклеосомная нить спирализуется с образованием петель и изгибов. Она составляет основу хроматиды и обеспечивает хроматидный уровень упаковки, который обнаруживается в профазе. Диаметр петель около 50 нм. Нить ДНК укорачивается в 10-20 раз.

4. Четвертый уровень упаковки – уровень метафазной хромосомы. Хроматиды в метафазе способны спирализоваться с образованием эухроматиновых (слабо спирализованных) и гетерохроматиновых (сильно спирализованных) участков; происходит укорочение в 20 раз. Метафазные хромосомы имеют длину от 2,3 до 11 мкм и диаметр от 0,2 до 5,0 мкм. Общий итог конденсации – укорочение нити ДНК в 10000 раз.

В 70-е годы были разработаны методы дифференциального окрашивания хромосом человека, которые показали, что каждая пара хромосом имеет специфический характер чередования неокрашенных, светло- и темно-окрашенных дисков (Парижская классификация). При рутинных методах окраски хромосом они различаются по форме и соотносительным размерам. При использовании специальных методик выявляется неравномерное распределение красителя по длине хромосомы, строго специфичное для каждой отдельной хромосомы и ее гомолога. Истинный генный материал окрашивается как эухроматин. Каждая хромосома специфична по морфологии и характеру дифференциального окрашивания.

При переходе клетки к митозу хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных плотно окрашенных телец — хромосом.

В первой половине митоза они состоят из двух хроматид, соединенных между собой в области первичной перетяжки (центромеры) – особым образом организованного участка хромосомы, общего для обеих сестринских хроматид. Во второй половине митоза происходит отделение хроматид друг от друга. Из них образуются однонитчатые дочерние хромосомы, распределяющиеся между дочерними клетками.

В зависимости от места положения центромеры и длины плеч, расположенных по обе стороны от нее, различают следующие формы хромосом:

• равноплечие, или метацентрические;

• неравноплечие, или субметацентрические;

• палочковидные, или акроцентрические;

• точковые – очень мелкие, форму которых трудно определить.

Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65% массы этих структур.

Хромосомная ДНК подразделяется на две группы участков:

• с уникальной последовательностью пар нуклеотидов;

• с повторяющимися последовательностями.

Последние – тандемные – различаются по длине каждого повтора и числу повторов:

• если повтор состоит из 2-8 пар нуклеотидов, то их называют микросателлитами;

• группу повторов с числом пар нуклеотидов от 10 до 100 000 – минисателлитами.

Мини- и микросателлитные тандемные повторы разбросаны по всему геному и представляют собой уникальную для каждого человека комбинацию по числу тандемных повторов в локусах и числу таких локусов. Выявление их характеризует генетический полиморфизм каждого человека, оценка которого используется в медико-генетических и судебно-медицинских целях.

Хромосомы – основные носители наследственной информации – заключают в себе гены, расположенные в линейном порядке. Представление о хромосомах как носителях комплекса генов было высказано на основе наблюдений сцепленного наследования ряда родительских признаков друг с другом при передаче их в ряду поколений. Такое сцепление неальтернативных признаков было объяснено нахождением соответствующих генов в одной хромосоме. Представление о линейности расположения генов в каждой хромосоме основывается на наблюдении нередко возникающей рекомбинации (взаимообмена) между материнскими и отцовскими комплексами генов, расположенных в гомологичных хромосомах. Это наблюдение дало возможность высказать предположение о связи частоты рекомбинации с последовательностью расположения генов и расстоянием между ними в хромосоме. Взаимное расположение генов в составе хромосомы играет немаловажную роль в характере их функционирования. Расположение гена в той или иной хромосоме определяет тип наследования соответствующего признака.

Открытие сцепленного наследования неальтернативных признаков легло в основу методики построения генетических карт хромосом, которые описывают порядок расположения генов и других генетических элементов на хромосоме с указанием расстояния между ними в морганидах. Генетические карты хромосом строятся по результатам анализирующего скрещивания. Знание генетических карт необходимо в разных разделах медицинской генетики:

• диагностика болезней методом сцепления;

• оценка патологических эффектов хромосомных мутаций;

• решение вопросов популяционной и эволюционной генетики.

Цитологическая карта хромосомы представляет собой фотографию или точный рисунок хромосомы, на котором отмечается последовательность расположения генов. Ее строят на основе сопоставления результатов анализирующего скрещивания и хромосомных перестроек. Например, если хромосома с доминантными генами будет последовательно терять отдельные локусы (при воздействии на нее мутагенов), то в гетерозиготе начнут проявляться рецессивные признаки; порядок появления признаков будет указывать на последовательность расположения генов. Цитологические карты создаются путем определения локализации генов в хромосомах.

Хромосома как комплекс генов представляет собой эволюционно сложившуюся структуру. Разные хромосомы генетически индивидуальны. Каждая хромосома уникальна по набору заключенных в ней генов и представляет собой довольно устойчивую структуру. Поэтому одна хромосома не может заменить другую. Постоянство в составе и распределении генов по хромосомам и в пределах каждой хромосомы – непременное условие нормальной передачи и реализации генетической информации (программы) при развитии организма из оплодотворенной яйцеклетки.

Хромосомный набор организма человека (каждой соматической клетки) является двойным (диплоидным) и состоит из 46 хромосом (23 пары), неодинаковых по величине и форме. Парность хромосом определяет парность генов в общем наборе. Все хромосомы удается безошибочно разбить на 7 групп (именуемых английскими буквами от А до G — ABCDEFG), если расположить их в порядке уменьшения общей длины и длины короткого плеча. При этом хромосомы нумеруются арабскими цифрами от 1 до 22. Хромосомы единственной пары, по которой имеется различие между мужскими и женскими клетками, именуются X и Y: у женщин – XX, у мужчин – ХY.

Картирование хромосом человека связано с определенными трудностями и производится с использованием методов гибридизации соматических клеток и ДНК. Сейчас известно о локализации нескольких сот генов (в каких хромосомах они находятся, и даже в каких участках). Картирование генов в хромосомах продолжается.

«Хромосомы» прокариотических клеток.Представляют собой кольцевые молекулы ДНК, содержащие около 5×106 пар нуклеотидов и образующие комплексы с негистоновыми белками. Используя специальные методы разрушения прокариот, можно обнаружить, что их ДНК собрана в «бусины», близкие по величине нуклеосомам эукариот. Эти бусины очень лабильны, что указывает на слабое взаимодействие между ДНК и белками. Характер конденсации хромосомы прокариот не вполне выяснен, но в целом она может быть выделена в виде компактной структуры, называемой нуклеоидом. В прокариотических клетках (бактерии) содержатся и кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов, которыми они могут обмениваться с другими бактериями. Эти автономные генетические элементы – плазмиды – способны реплицироваться вне зависимости от репликации нуклеоида. Плазмиды содержат гены устойчивости к антибактериальным факторам.

Кольцевые молекулы ДНК содержатся и в эукариотических клетках в самореплицирующихся органоидах (митохондрии, пластиды). Эти молекулы невелики и кодируют небольшое количество белков, необходимых для осуществления автономных функций органоидов. Такая ДНК не связана с гистонами.

Геномом называют всю совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного организма. Любой вид организмов характеризуется специфическим набором хромосом (по числу, размерам и форме). Геном человека по самым скромным подсчетам содержит более 100000 разных генов.

Геномный уровень организации наследственного материала, объединяющий всю совокупность хромосомных генов, является структурой с большей стабильностью, нежели генный и хромосомный уровни. На геномном уровне система сбалансированных по дозе и объединенных сложнейшими функциональными взаимосвязями генов представляет собой нечто большее, нежели простую совокупность отдельных единиц. Гены в генотипе объединены в систему благодаря сложным и разнообразным взаимодействиям между ними, которые играют немаловажную роль реализации информации, заключенной в каждом отдельном гене. Проявление действия конкретного гена зависит от других генов. Последние могут влиять на ген непосредственно через взаимодействие кодируемых ими белков-ферментов, изменять течение биохимических реакций и, тем самым, воздействовать на проявление признака. В свою очередь, данный ген может влиять на реализацию действия других генов.

На реализацию действия гена влияют факторы внешней среды, которые могут изменять структуру молекул ДНК, и-РНК, белков-ферментов, течение биохимических реакций и, следовательно, фенотипические проявления генов. Результатом функционирования генома во взаимодействии с окружающей средой является формирование фенотипа целостного организма – совокупности всех внешних и внутренних признаков и свойств – во всем многообразии его характеристик на всем протяжении индивидуального развития. Фен — отдельный признак, определяемый одним геном.

Механизм дифференцировки стволовых клеток можно представить следующим образом. Недифференцированные клетки имеют разный химический состав цитоплазмы, то есть разные индукторы, которые включают в работу разные блоки генов (транскриптоны), что приводит к синтезу разных белков-ферментов. Разные ферменты катализируют различные биохимические реакции. Таким образом, в разных клетках идет синтез разных типо- и тканеспецифических белков, вследствие чего образуются разные типы клеток, т. е. постепенно химическая разнородность цитоплазмы клеток переходит в морфологические отличия. Главный механизм дифференцировки клеток – блокировка и деблокировка транскриптонов на определенных этапах развития клеток.

При образовании яйцеклеток или спермиев (в гаметогенезе) осуществляется специальное клеточное деление, называемое мейозом, при котором двойной набор хромосом становится одинарным (гаплоидным) – образуется гамета, т.е. половая клетка, способная к оплодотворению. При половом размножении в процессе оплодотворения объединяются геномы двух родительских половых клеток, образуя генотип нового организма; гены, представленные в геноме уникальными нуклеотидными последовательностями, в генотипе присутствуют в двойной дозе. Исключение составляют гены, расположенные в половых хромосомах; ввиду того, что морфология эти хромосом различна и одна из них (X) крупнее, многие гены имеются лишь в одной гетерохромосоме и отсутствуют или неактивны в другой. Генотипы индивидов и их клеток – сбалансированные по дозам генов системы. Нарушение дозовой сбалансированности генотипа сопровождается различными отклонениями в развитии.

Таким образом, генотип – это генетическая конституция организма, представляющая собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в хромосомном наборе. Совокупность признаков хромосом (их число, форма, размеры, положение центромер), характерных для клеток данного организма, называют кариотипом. Кариотипразличается у представителей разных полов по одной паре хромосом – гетерохромосомы или половые хромосомы; возможны комбинации XX или XY.

В настоящее время завершен I этап международной программы «Геном человека». Авторы проекта опубликовали следующие данные об особенностях генома человека.

1. Гены располагаются в хромосомах достаточно скученно, предпочитая собираться в группы, между которыми могут находиться обширные незанятые области (пустыни). В разных хромосомах находится различное количество генов (максимум их в 19-ой хромосоме).

2. Общее количество генов в геноме человека – около 30000.

3. На один человеческий ген приходится больше разновидностей белка, чем у других организмов. В то время как у других видов число различных белков приблизительно равно числу генов, у человека на один ген приходится около трех разновидностей белка.

4. Белки организма человека более сложны, чем белки других организмов.

5. Более 200 генов напрямую унаследованы нами от бактерий.

6. Повторяющиеся последовательности ДНК, которые ранее считались бесполезными, могут оказаться «черным ящиком» эволюции и поведать нам о предыдущих 800 млн. лет развития органического мира.

7. Средняя длина повторяющихся последовательностей – 200-300 базовых нуклеотидов.

8. Уровень мутаций у мужчин в 2 раза больше, чем у женщин, и своим прогрессом человечество обязано мужчинам.

9. Все представители Homo sapiens на 99,9% идентичны по ДНК.

10. Дальнейшее картирование хромосом человека будет иметь практическое значение: станет возможным с помощью методов генной инженерии проводить профилактику и лечение многих наследственных болезней.

Наследственность каждой клетки сохраняется в ядре полностью. Даже ядро специализированной клетки сохраняет множество потенций для развития, т.е. оно мультипотентно. Если ядро из клетки – предшественника головастика (специализированная клетка) пересадить в цитоплазму яйцеклетки, развивается нормальное животное (головастик), т.е. дифференцировка преобразует клетку (ее форму и функцию), но не затрагивает генетическую информацию. В каждой клетке гены сохраняются во всех процессах индивидуального развития.

Кроме хромосомной (менделевской) наследственности, существуют гены, находящиеся в цитоплазме – плазмогены, представляющие собой отрезки ДНК. Они не обладают свойствами «расщепляться» и распределяются между клетками случайно, т.е. не подчиняются менделевским законам. У человека практически вся локализованная в цитоплазме генетическая информация передается по материнской линии, так как цитоплазма яйцеклетки превосходит цитоплазму сперматозоида по объему почти в 85 тыс. раз.

Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации

⇐ ПредыдущаяСтр 27 из 122

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, состоящая из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей. Структура ДНК была впервые определена Д.Уотсоном и Ф.Криком в 1953 г.

Мономером ДНК является дезоксирибонуклеотид, состоящий из азотистого основания — аденина А, цитозина Ц, тимина Т или гуанина Г, — пентозы дезоксирибозы и фосфата.

РНК (рибонуклеиновая кислота) — это молекула, состоящая из одной цепи нуклеотидов

Рибонуклеотид состоит из одного из четырех азотистых оснований, но вместо тимина Т в РНК входит урацил У, а вместо дезоксирибозы — рибоза. 

Структура белка определяется ядерной ДНК. Информация о последовательности аминокислот в одной полипептидной цепи находится в участке ДНК, который называется ген. В ДНК заложена информация о первичной структуре белка. Код ДНК един для всех организмов. Каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида, образующих триплет, или кодон. Такое кодирование избыточно: возможны 64 комбинации триплетов, тогда как аминокислот только 20. Существуют также управляющие триплеты, например, обозначающие начало и конец гена.

Синтез белка начинается с транскрипции, т.е. синтеза иРНК по матрице ДНК. Процесс идет с помощью фермента полимеразы по принципу комплементарности и начинается с определенного участка ДНК. Синтезированная иРНК поступает в цитоплазму на рибосомы, где и идет синтез белка. 

тРНК имеет структуру, похожую на лист клевера, и обеспечивает перенос аминокислот к рибосомам. Каждая аминокислота прикрепляется к акцепторному участку соответствующей тРНК, расположенному на черешке листа. Противоположный конец тРНК называется антикодоном и несет информацию о триплете,

соответствующем данной аминокислоте. Существует более 20 видов тРНК. 

Перенос информации с иРНК на белок во время его синтеза называется трансляцией. Собранные в полисомы рибосомы двигаются по иРНК; движение происходит последовательно, по триплетам. В месте контакта рибосомы с иРНК работает фермент, собирающий белок из аминокислот, доставляемых к рибосомам тРНК. При этом происходит сравнение кодона иРНК с антикодоном тРНК; если они комплементарны, фермент синтетаза сшивает аминокислоты, а рибосома продвигается вперед на один кодон. Синтез одной молекулы белка обычно идет 1-2 мин один шаг занимает 0,2 с. 

Доказательство роли ДНК 

В 1928 г. Ф. Гриффитс впервые получил доказательства возможной передачи наследственных задатков от одной бактерии к другой. Ученый вводил мышам вирулентный капсульный и авирулентный бескапсульный штамм пневмококков. При введении вирулентного штамма мыши заболевали пневмонией и погибали. При введении авирулентного штамма мыши оставались живыми. При введении вирулентного капсульного штамма, убитого нагреванием, мыши также не погибали. В следующем опыте он ввел смесь живой культуры авирулентного бескапсульного штамма со штаммом убитого нагреванием вирулентного капсульного и получил неожиданный результат — мыши заболели пневмонией и погибли. Из крови погибших животных были выделены бактерии, которые обладали вирулентностью и были способны образовать капсулу. Следовательно, живые бактерии авирулентного бескапсульного штамма трансформировались — приобрели свойства убитых болезнетворных бактерий. В дальнейшем другими учеными были подтверждены результаты опытов Ф. Гриффита в условиях пробирки. Основываясь на этих опытах, в1944 г. О. Эвери и его сотрудники Мак-Леод и Мак-Карти изучили роль разных веществ клетки в явлениях трансформации и получили убедительные доказательства того, что трансформирующим фактором является дезоксирибонуклеиновая кислота ДНК. Было установлено, что под действием дезоксирибонуклеазы — фермента, специфически разрушающего ДНК, активность

трансформирующего фактора исчезла. В то же время рибонуклеаза и протеолитические ферменты не изменяли биологической активности трансформирующего фактора. 

Date: 2016-07-25; view: 1337; Нарушение авторских прав

Понравилась страница? Лайкни для друзей:

Эксперимент Эвери, Маклеода и Маккарти

Освальд Эвери

Эксперимент Освальда Эвери, Колина Маклауда и Маклина Маккарти (англ. Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty), произведённый в 1944 году, доказал, что веществом, вызывающим трансформацию бактерий, является ДНК. Это явилось первым материальным доказательством роли ДНК в наследственности.

Эксперимент Эвери, Маклауда и Маккарти стал кульминацией исследований, начатых экспериментом Гриффита в 1928 году и проводившихся в Рокфеллеровском институте медицинских исследований в 1930-х — 1940-х годах. В эксперименте Гриффита убитые пневмококки (Streptococcus pneumoniae) вирулентного штамма III-S, введенные с живыми невирулентными пневмококками штамма II-R, вызывали инфекцию типа III-S.

Колин Маклауд

В статье, опубликованной в феврале 1944 года в Журнале экспериментальной медицины (англ. Journal of Experimental Medicine), Эвери с соавторами показал, что ДНК, но не белки являлись веществом, определяющим наследственность у бактерий.

Предыстория

Эвери с соавторами показал, что именно ДНК является ключевым компонентом эксперимента Гриффита — у мышей, получавших инъекцию убитыми бактериями одного штамма и живыми бактериями другого штамма, развивалась инфекция типа убитого штамма.

После разработки метода серологического типирования медики получили возможность определять принадлежность бактерий к тому или иному штамму. Человек или животное, в организм которого попадает определенный штамм бактерий, в результате иммунного ответа образует антитела, специфически реагирующие с антигенами на поверхности этих бактерий. Содержащая антитела сыворотка крови может быть выделена и использована для тестирования разных штаммов. Антитела реагируют только с бактериями того типа, который использовался при иммунизации. Штаммы пневмококка были впервые описаны и типированы немецким бактериологом Фридрихом Нойфельдом (нем. Fred Neufeld). До исследований Гриффита бактериологи полагали, что штаммы не изменяются от поколения к поколению.

В эксперименте Гриффита, результаты которого были опубликованы в 1928 году, было установлено, что какой-то «трансформирующий агент» заставляет пневмококков превращаться из одного штамма в другой. Гриффитс, британский офицер, медик, многие годы занимался серологическим типированием пневмонии. Гриффит предполагал, что штаммы, склонные к вирулентности и невирулентные штаммы превращаются друг в друга (но не предполагал, что разные штаммы могут одновременно заражать один организм). Проверяя данную возможность, Гриффитс показал, что трансформация может происходить в случае, когда мышей иммунизировали убитыми бактериям вирулентного штамма и живыми бактериями невирулентного штамма. Позднее из умерших мышей были выделены живые бактерии вирулентного штамма.

Данные, полученные Гриффитсом, позднее были подтверждены Нойфельдом в Институте Коха и Мартином Досоном (англ. Martin H. Dawson) в Рокфеллеровском институте Учёные Рокфеллеровского института продолжили изучение трансформации в последующие годы. Совместно с Ричардом Сиа Досон разработал метод трансформации клеток бактерий in vitro (эксперимент Гриффитса был сделан в условиях in vivo). После отъезда Досона в 1930 году, Джеймс Эллоуэй (англ. James Alloway) предпринял попытки продолжить исследования Гриффита и к 1933 году получил водный экстракт трансформирующего агента. Колин Маклауд работал над очисткой этих растворов с 1934 по 1937 год. Исследования были продолжены в 1940 году и завершены Маклином Маккарти.

Эксперимент

Пневмококки в норме образуют гладкие (то есть крупные, с ровной поверхностью) колонии и имеют полисахаридную капсулу, компоненты которой и запускают образование антител.

В ходе эксперимента пневмококки, образующие гладкие колонии, были убиты нагреванием, и из них был извлечён компонент, растворимый в водно-солевом растворе. Белки были осаждены хлороформом, а полисахаридные капсулы, обусловливающие антигенные свойства бактерий, гидролизованы специфичным ферментом. Для подтверждения полного гидролиза капсул, была проведена процедура иммунопреципитации специфическими антителами. После разделения в спирте из полученной активной фракции были выделены волокнистые тяжи.

Химический анализ показал, что соотношение углерода, водорода, азота и фосфора в полученном осадке соответствует соотношению этих же элементов в молекуле ДНК. Для подтверждения того, что действующим началом трансформации является именно ДНК, но не РНК, белки или другие компоненты клетки, Эвери с сотрудниками обработали смесь трипсином, химотрипсином, рибонуклеазой, но эта обработка никак не влияла на трансформирующие свойства. Лишь обработка ДНКазой приводила к разрушению трансформирующего начала. Таким образом было установлено, что действующим началом бактериальной трансформации является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Литература

Примечания

39.Доказательства роли днк в передаче наследственной информации.

•1. Биология как наука. Её задачи, объекты, методы исследования. Особенности биологии на современном этапе развития органического мира. Значение биологии в системе подготовки врача.
•2. Научные теории происхождения жизни на Земле.
•4. Обмен веществ. Понятие ассимиляции и диссимиляции. Виды обмена веществ.
•5. Пластический обмен, его этапы их характеристика. Биосинтез белка.
•6. Энергетический обмен, его этапы их характеристика.
•7. Ферменты, группы ферментов, условия их действия.
•8. Клеточная теория. Этапы её становления. Основные положения современной клеточной теории.
•9. Возникновение клеточных организмов. Особенности строения и жизнедеятельности прокариотической клетки.
•10.Общий план строения эукариотической клетки. Оргалеллы и включения. Определение понятий, классификация.
•11. Строение и функции цитоплазмы. Немембранные органеллы цитоплазмы, их строение и функции.
•12. Мембранные органеллы цитоплазмы, их строение и функции.
•13. Строение ядра. Ядрышко строение и функции.
•14. Строение, свойства и функции хромосом.
•15. Нуклеиновые кислоты их виды строение локализация в клетке значение.
•16. Генетический код. Его сущность, свойства. Понятие о кодоне.
•17. Жизненный цикл клетки, его периоды, их сущность. Жизненные циклы клеток тканей и органов ротовой полости.
•18. Способы деления клеток и клеточных структур: амитоз, митоз, мейоз, эндомитоз, политения. Определение понятий,их характеристика.
•19. Размножение как свойство живого. Способы размножения организмов, их характеристика.
•20. Половые клетки, их строение и функции. Эволюция половых клеток.
•21. Гаметогенез. Сущность и значение фаз спермато – и овогенеза.
•22. Мейоз, его стадии. Биологическое значение этого процесса.
•24. Периоды постэмбрионального развития, их характеристика.
•25)Прямое и непрямое развитие.Возрастное изменение органов ротовой полости и зубочелюстной системы человека.
•27. Старость, как этап онтогенеза. Теория старения.Геронтология и гериатрия. Определение понятий. Смерть, как этап онтогенеза. Смерть клиническая и биологическая. Реанимации и её значение в медицине.
•28. Регенерация как процесс повторного развития. Её формы. Значение. Проявление регенерационной способности у различных организмов.
•29.Способы репаративной регенерации, их сущность.
•30. Трансплантация, её виды. Трансплантация как наука.
•31)Определение понятий, история развития. Роль отечественных врачей и ученых в развитии трансплантации. Проблемы трансплантации в стоматологии.
•32. Генетика как наука. Её предмет, объекты, методы, задачи и основные понятия. Этапы развития генетики. Значение генетики для медицины и стоматологии.
•33. Г. Мендель как основоположник экспериментальной генетики. Гибридологический метод, его суть.
•34. Закон единообразия первого поколения, его сущность математическое выражение.
•35. Закон расщепления признаков, его сущность и математическое выражение. Гипотеза чистоты гамет. Их цитологические основы.
•36. Закон независимого расщепления признаков, его сущность и математическое выражение.Статистический характер законов г.Менделя.
•38.Доказательства роли хромосом в передаче наследственной информации.
•39.Доказательства роли днк в передаче наследственной информации.
•40. Ген, его химическое строение. Свойства гена. Классификация генов по функциям. Структура гена.
•41Схема генетической регуляции синтеза белка у прокариот.
•42. Схема генетической регуляции синтеза белка у эукариот.
•43. Основные положения теории гена. Генная инженерия.
•44. Цитоплазматическая наследственность.
•45. Типы наследования признаков. Моногенный тип наследования.
•46.Полигенное наследование признаков. Характеристика его вариантов.
•47. Сцепленное наследование. Типы и варианты сцепления, их характеристика.
•48. Наследование групп крови по системе аво и резус-белка у человека.
•49. Наследственность. Изменчивость. Определение понятий. Формы изменчивости и наследственности. Соотносительная роль среды и наследственности в развитии болезней лица и зубочелюстной системы.
•52. Хромосомные болезни у человека. Механизмы их возникновения. Примеры болезней и синдромов этой группы в стоматологии.
•54. История становления эволюционных идей (стихийный материализм,креационизм, трансформизм, эволюционизм).
•66. Антидарвинистские направления в биологии, и их характеристика.
•67. Итоги второго этапа развития дарвинизма.
•68. Основные процессы третьего этапа развития дарвинизма.
•69. Итоги четвертого этапа развития Дарвинизма.
•70. Основные положения синтетической теории эволюции.
•71. Основные методы изучения эволюционного процесса.
•72. Понятие вида (интуитивное, философское, морфологическое, биологическое, современное).
•73. Критерии вида и их характеристика.
•74. Определение понятия популяция.
•75.Экологическая характеристика популяции.
•76. Генетическая характеристика популяции.
•77. Закон харди вайнберга, его математическое доказательство. Основные эволюционные факторы.
•78. Мутационный процесс как элементарный эволюционный фактор.
•79. Комбинативная изменчивость как элементарный эволюционный фактор.
•84. Естественный отбор как элементарный эволюционный фактор.
•85. Формы естественного отбора и их характеристика.
•86. Адаптации определение понятия, классификация.
•87. Доказательство относительного характера приспособленности.
•88. Пути видообразования и их характеристика.
•89. Способы видообразования и их характеристика.
•94. Направления эволюции органического мира, их характеристика.
•95. Главные пути достижения биологического прогресса, их суть.
•96. Правила эволюции групп, их суть.
•97. Биогенетический закон мюллера геккеля.
•98. Определение понятия филэмбриогенезы, их типы.
•99. Характеристика разных типов филэмбриогенезов.
•100. Определение понятий гетерохронии и гетеротопии.
•105. Популяционные волны в популяциях людей.
•106. Изоляция как элементарный фактор эволюции человеческих популяций.
•107. Особенности действия естественного отбора в популяциях людей.
•108. Полиморфизм в популяциях людей.
•109. Причины генетического полиморфизма человеческих популяций.
•110. Генетический груз, определение понятия, оценка его в популяциях людей.
•111. Определение понятия антропология, ее разделы.
•112. Методы антропологии.
•119. Эволюция рода хомо(Homo).
•120. Биологические факторы антропогенеза.
•121. Социальные факторы антропогенеза.
•122. Расы. Определение понятия, их классификация и характеристика.
•123. Эволюция покровов.
•124. Эволюция скелета.
•125. Эволюция нервной системы.
•126. Эволюция пищеварительной системы.
•127. Эволюция выделительной системы.
•128. Эволюция кровеносной системы.
•129. Эволюция дыхательной системы.
•130. Эволюция половой системы.
•131. Эволюция сердца у позвоночных.
•132. Биосфера Определение понятия. Границы биосферы. Эволюция биосферы.
•133. Биогеоценоз Определение понятия. Компоненты биогеоценоза, их характеристика. Виды биогеоценозов, их характеристика.
•134.Экологические системы определение понятия виды экосистем их характеристика.
•135. Формы биотических связей, их характеристика.
•136. Паразитизм, пути происхождения паразитов, их классификация. Примеры и классификация паразитов органов и тканей лица и ротовой полости человека.
•137. Определение понятия хозяин .Типы хозяев. Принципы взаимодействия паразита и хозяина.
•139.Общая характеристика типа простейшие. Деление на классы. Простейшие паразиты органов и тканей лица и ротовой полости человека.
•141.Общая характеристика класса жгутиковые (Flagellata). Трипаносома. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•142. Лейшмании. Систематическое положение. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики,профилактика.
•143. Трихомонада. Систематическое положение, биологические виды трихомонады. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•144. Лямблии. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•145. Общая характеристика класса споровики .Токсоплазма. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•146. Малярийный плазмодий. Систематическое положение, биологические виды. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•147. Общая характеристика класса инфузории. Балантидий. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•148. Общая характеристика типа плоские черви (plathelmintes). Деление на классы.
•149. Общая характеристика класса сосальщики (Thrematodes).
•150. Кошачий сосальщик. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•151. Ланцетовидный сосальщик. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•152. Печёночный сосальщик. Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•153. Общая характеристика класса ленточные черви (Cestoidea).
•154. Бычий цепень (Taeniarhynchus saginatus). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•155. Свиной цепень (Taenia solium). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•156. Карликовый цепень (Hymenolepis nаnа). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•157. Эхинококк (Echinococcus granulosus). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•158. Альвеококк (Alveococcus multilocularis) Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•159. Широкий лентец (Diphyllobothrium latum). ) Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•160. Общая характеристика типа круглые черви (nemathelminthes) . Деление на классы, группы.
•161. Аскарида человеческая (Ascaris lumbricoides). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•162. Острица (Enterobius vermicularis). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•163. Власоглав (Trichocephalus trichiurus). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•164. Кривоголовка двенадцатиперстная (Ancylostoma duodenale). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•165. Трихинелла (Trichinella spiralis). Систематическое положение, морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
•166. Главнейшие гельминтозы населения Алтайского края и их очаги.
•167. Методы гельминтодиагностики и их характеристика.
•168. Общая характеристика типа членистоногие (Arthropoda). Деление на подтипы, классы
•169. Общая характеристика класса ракообразные (Crustacea). Медицинское значение.
•170. Общая характеристика класса паукообразные (Arachnoidea). Деление на отряды. Медицинское значение отдельных представителей.
•171. Общая характеристика класса насекомые. Деление на отряды. Характеристика отряда Двукрылые и его семейств. Медицинское значение отдельных представителей.
•172. Характеристика отряда вши и блохи их медицинское значение.

Эксперимент Гриффита — Griffith’s experiment

Эксперимент Гриффита обнаружения «трансформирующий принцип» в пневмококка бактерий.

Эксперимент Гриффита , сообщили в 1928 году Фредерик Гриффит , был первый эксперимент предполагает , что бактерии способны переносить генетическую информацию , с помощью процесса , известного как трансформации . Результаты Гриффита последовали исследования в конце 1930 — х и начале 40 — х годов , что изолированные ДНК в качестве материала, сообщенной эту генетическую информацию.

Пневмония является серьезной причиной смерти в волне пандемии испанки после Первой мировой войны , и Гриффит изучает возможность создания вакцины. Гриффит использовал два штамм пневмококк ( пневмококк ) бактерию , которые заражают мышей — тип III-S (гладкий) , который был вирулентным и типа II-R (шероховатый) штамм , который был невирулентным. Штамм III-S , синтезировал полисахаридную капсулу , который защищал себя от хозяина иммунной системы , что приводит к гибели хозяина, в то время как штамм II-R не был , что защитная капсула и поражение иммунной системой хозяина. Немецкий бактериолог, Фред Нойфельд , обнаружил три пневмококковых типа (тип I, II и III) и обнаружил реакцию реакции набухания капсулы , чтобы идентифицировать их в лабораторных условиях . До эксперимента Гриффита, бактериологи считали , что виды были установлены и неизменны, от одного поколения к другому.

В этом эксперименте, бактерии из штамма III-S были убиты под действием тепла, и их остатки были добавлены к бактерии штамма II-R. В то время как ни одна вредил мышей, комбинация была в состоянии убить свой хозяин. Гриффит также был в состоянии изолировать оба живут II-R и жить III-S штаммов пневмококка из крови этих мертвых мышей. Гриффит пришел к выводу , что тип II-R был «преобразован» в летальный штамм III-S с помощью «трансформирующего принципа» , который был каким — то образом частью мертвых III-S бактерий штамма.

Сегодня мы знаем , что «преобразование принцип» Гриффит наблюдал был ДНК из III-s штамма бактерий. В то время как бактерии были убиты, ДНК пережили процесс нагрева и была рассмотрены бактерий штамма II-R. ДНК штамма III-S содержит гены , которые образуют гладкую защитную капсулу полисахарида. Оборудовано с этим геном, бывший II-R бактерии штамма были теперь защищены от иммунной системы хозяина и может убить хозяина. Точная природа принципа преобразующей (ДНК) была подтверждена в экспериментах , проведенных Эвери, Маклеода и Маккарти и Херши и Чейза .

СВ-Принт

Какова роль ДНК