DNR IR RNR MOLEKULINĖ STRUKTŪRA
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 59

DNR IR RNR MOLEKULINĖ STRUKTŪRA PowerPoint PPT Presentation


  • 161 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

DNR IR RNR MOLEKULINĖ STRUKTŪRA. ĮVADAS. Genetikos kursą pradėsime nuo mole k ul inės geneti kos Molekulinė genetika tyrinėja DN R stru ktūrą ir funkcijas molekulių lygmenyje

Download Presentation

DNR IR RNR MOLEKULINĖ STRUKTŪRA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


DNR IR RNR MOLEKULINĖ STRUKTŪRA


ĮVADAS

  • Genetikos kursą pradėsime nuo molekulinės genetikos

    • Molekulinė genetika tyrinėja DNR struktūrą ir funkcijas molekulių lygmenyje

  • Pastarųjų metų mokslo pasiekimai, tobulinant tyrimo metodus ir kuriant naujas koncepcijas, labai išplėtė molekulinės genetikos žinias

    • Šis progresas palietė ne tik molekulinę, tačiau ir požymių perdavimo bei populiacijų genetikas

  • Didžiaja dalimi genetikos žinios yra sukauptos tiriant DNR ir RNR

2-2


2.1 DNR KAIP GENETINĖ MEDŽIAGA

  • Savo funkciją genetinė medžiaga atlieka tik tada, kai ji pasižymi tam tikromis savybėmis

    • 1. Informacija: Ji privalo turėti informaciją, būtiną visam organizmui sukurti

    • 2. Paveldėjimu: Ji privalo būti perduodama iš tėvų vaikams

    • 3. Replikacija: Ji turi būti kopijuojama

      • Tada ji gali būti perduodama iš tėvų vaikams

    • 4. Kintamumu: Ji privalo gebėti keistis

      • Toks kintamumas užtikrina plačiai stebima fenotpinę variaciją kiekvienos rūšies viduje

2-3


2.1 DNR KAIP GENETINĖ MEDŽIAGA

  • Daugelio genetikų, tarp jų ir Mendelio, duomenys atitiko šias keturias savybes

    • Tačiau genetinės medžiagos cheminė prigimtis negalėjo būti nustatyta vien tik kryžminant organizmus

  • Iš tikrųjų, DNR kaip genetinės medžiagos identifikavimas pareikalavo naujoviško požiūrio į eksperimentinę biologiją

2-4


Fredericko Griffithoeksperimentai su Streptococcus pneumoniae

  • Griffithastyrė bakteriją (Diplococcus pneumoniae), kuri dabar vadinama Streptococcus pneumoniae

  • Yra aptinkami du S. pneumoniaekamienai

    • S  Smooth (lygus)

      • Sekretuoja polisacharidinę kapsulę

        • Ši apsaugo bakteriją nuo gyvūnų imuninės sistemos

      • Auginamos ant kietos terpės suformuoja lygias kolonijas

    • R  Rough (šiurkštus)

      • Nesugeba sekretuoti kapsulės

      • Kolonijų kraštai nelygūs

2-5


  • Be to, dviejų S kamienų kapsulės gali reikšmingai skirtis pagal savo cheminę sudėtį

  • Retos mutacijos gali paversti S kamienus R kamienais ir atvirkščiai

    • Tačiau mutacjos nekeičia kamienų tipų

2-6


  • 1928 m. Griffithas atliko eksperimentus naudodamas du S. pneumoniae kamienus: IIIS tipo ir IIR tipo

    • 1. Pelėms suleistos gyvos IIIS tipo bakterijos

      • Pelės žuvo

      • IIIS tipo bakterijos buvo išskirtos iš pelių kraujo

    • 2. Pelėms suleistos gyvos IIR tipo bakterijos

      • Pelės išgyveno

      • Iš pelių kraujo nebuvo išskirta gyvų bakterijų

    • 3. Pelėms suleistos aukšta temperatūra užmuštos IIIS tipo bakterijos

      • Pelės išgyveno

      • Iš pelių kraujo nebuvo išskirta gyvų bakterijų

    • 4. Pelėms suleistos gyvos IIR tipo aukšta temperatūra užmuštos IIIS tipo bakterijos

      • Pelės žuvo

      • IIIS tipo bakterijos buvo išskirtos iš pelių kraujo

2-7


2-8


  • Griffithasnusprendė, kad kažkokia medžiaga iš žuvusių IIIS tipo bakterijų transformavo IIR tipo bakterijas į IIIS tipą

    • Jis pavadino šį procesą transformacija

  • Medžiaga, kuri tai padarė, buvo pavadinta transformuojančiąja priežastimi

    • Griffithui nepavyko nustatyti, kokia tai medžiaga

  • Transformuojančiosios priežasties prigimtis buvo nustatyta gerokai vėliau, naudojant įvairius biocheminius metodus

2-9


Avery, MacLeod ir McCarty eksperimentai

  • Avery, MacLeod ir McCarty suprato, kad Griffithotyrimų rezultatai gali būti panaudoti genetinei medžiagai nustatyti

  • Jie atliko savo eksperimentus penktame XX a. dešimtmetyje

    • Tuo metu jau buvo žinoma, kad pagrindiniai ląstelių makrokomponentai yra DNR, RNR, baltymai ir angliavandeniai

  • Iš IIIS tipo bakterijų jie paruošė ląstelių ekstraktus, turinčius kiekvieną iš šių makromolekulių

    • Tiktai ekstraktai, turintys išgrynintą DNR, galėjo transformuoti IIR tipo bakterijas į IIIS tipo bakterijas

2-10


  • Avery et altaip pat atliko ir kitą eksperimentą

    • Jo reikėjo norint įrodyti, kad būtent DNR, o ne koks nors kitas ekstrakto komponentas (RNRar baltymas) yra genetinė medžiaga

2-11


Hershey ir Chase eksperimentai su bakteriofagu T2

  • 1952 m. Alfred Hershey ir Marsha Chase pateikė papildomų įrodymų, kad genetinė medžiaga yra DNR

Kapsidės viduje

  • Jie tyrė bakteriofagą T2

    • Jo sandara yra palyginti paprasta, nes jį sudaro tik dvi makromolekulės

      • DNRir baltymai

Padaryti iš baltymo

2-12


Bakteriofago T2 gyvenimo ciklas

2-13


  • Hershey and Chase eksperimentų santrauka:

    • Naudojo radioizotopus, norėdami atskirti DNR nuo baltymų

      • 32P specifiškai pažymi DNR

      • 35S specifiškai pažymi baltymus

    • Radioaktyviai pažymėtais fagais buvo užkrečiamos neradioaktyviosEscherichia coliląstelės

    • Po tam tikro laiko, reikalingo infekcijai įvykti, likusios fagų dalelės buvo pašalinamos

      • => Fagų liekanos ir E. coliląstelės buvo atskiriamos

    • Radioaktyvumas buvo vertinamas scintiliaciniu skaitikliu

2-14


Hipotezė

  • Tik fago genetinė medžiaga yra injekuojama į bakterijas

    • Radioaktyvi žymė turi parodyti, ar tai yra baltymas, ar DNR

2-15


Rezultatai

2-16


Dauguma radioaktyvios sieros rasta supernatante

Duomenų interpretacija

Tačiau tik maža dalis radioaktyvaus fosforo

  • Šie rezultatai rodo, kad infekcijos metu fago DNR buvo injekuota į bakterijų citoplazmą

    • Tai yra tas rezultatas, kurio buvo galima tikėtis, jei būtent DNR yra genetinė medžiaga

2-17


Kai kuriuose virusuose genetinės medžiagos funkciją atlieka RNR

  • 1956 m. A. Gierer ir G. Schramm išskyrė RNR iš augalų viruso – tabako mozaikos viruso (TMV)

    • Išvalyta RNR sukeldavo tas pačias pažaidas, kaip ir intaktinis TMV

      • Taigi, šių virusų genomą sudaro RNR

  • Dabar aptikta nemažai RNR virusų

2-18


DNR ir RNR virusų pavyzdžiai

2-19


2.2 NUKLEINO RŪGŠČIŲ STRUKTŪRA

  • DNR ir RNR yra stambios makromolekulės, susidarančios iš keleto lygmenų struktūrų

    • 1. Nukleotidaisudaro pasikartojančius vienetus

    • 2. Nukleotidai susijungia sudarydami grandinę

    • 3. Dvi grandinės sąveikauja sudarydamos dvigubą spiralę

    • 4. Dviguba spiralė susisuka, susilanksto ir sąveikauja su baltymais, sudarydama 3-D struktūras, formuojančias chromosomas

2-20


2-21


Nukleotidai

  • Nukleotidaiyra pasikartojantys DNR ir RNR struktūriniai vienetai

  • Juos sudaro trys komponentai

    • Fosfatinė grupė

    • Pentozė (cukrus)

    • Azotinė bazė

2-22


2-23


Nukleotidų, randamų (a) DNRir (b) RNR, struktūra

  • Šie atomai randami laisvuose nukleotiduose

    • Tačiau jie yra pašalinami, kai nukleotidai jungiasi tarpusavyje, sudarydami DNR ir RNR grandines

A, G, C arT

A, G, C ar U

Pasikartojantis dezoksiribonukleino

rūgšties (DNR) elementas

Pasikartojantis ribonukleino rūgšties

(RNR) elementas

2-24


  • Bazė + cukrus nukleozidas

    • Pavyzdžiai

      • Adeninas + ribozė = adenozinas

      • Adeninas + dezoksiribozė = dezoksiadenozinas

  • Bazė + cukrus + fosfatas(i) nukleotidas

    • Pavyzdžiai

      • Adenozino monofosfatas (AMP)

      • Adenozino difosfatas (ADP)

      • Adenozino trifosfatas (ATP)

2-25


Bazė visada prisijungia čia

Fosfatai prisijungia čia

2-26


  • Nukleotidai kovalentiškai susijungia per fosfodiesterinęjungtį

    • Fosfatas jungia vieno nukleotido 5’ anglies atomą su kito nukleotido 3’ anglies atomu

  • Tuo būdu grandinė turi kryptį

    • Iš 5’ į 3’

  • Fosforo rūgšties liekanos ir cukrūs sudaro nukleino rūgšties grandinės karkasą

    • Bazės kyšo iš karkaso

2-27


2-28


DNR struktūra buvo išaiškinta remiantis keliais esminiais rezultatais

  • 1953 m. James Watson ir Francis Crick nustatė, kad DNR sudaro dviguba spiralė, kurioje nukleotidai sąveikauja tarpusavyje pagal tam tikras taisykles

  • Tačiau šio atradimo mokslinius pagrindus sukūrė kiti mokslininkai

    • Linus Pauling

    • Rosalind Franklin ir Maurice Wilkins

    • Erwin Chargaff

2-29


Linusas Paulingas

  • Penktajame XX a. dešimtmetyje jis nustatė, kad tam tikri baltymų regionai gali susilankstyti į antrinę struktūrą

    • a-spiralė

  • Šiai struktūrai išaiškinti, jis pagamino modeli, sudarytą iš rutuliukų ir lazdelių

2-30


Rosalind Franklin

  • Dirbo vienoje laboratorijoe su Mauricu Wilkinsu

  • Naudojo Rentgeno spindulių difrakciją drėgnų DNR siūlų struktūrai tirti

Difrakcinį vaizdą galima interpretuoti, naudojant matematinio modeliavimo metodus. Tai gali suteikti informacijos apie tiriamos molekulės struktūrą

2-31


Rosalind Franklin

  • Rentgeno difrakcijos metodais ji pasiekė gana didelės pažangos, tyrinėjant DNR struktūrą

  • Difrakciniai vaizdai atspindėjo kai kurias pagrindines DNR savybes

    • Spiralinė struktūra

    • Daugiau nei viena grandinė

    • 10 bazių porų tenka vienai pilnai spiralės vijai

2-32


Erwino Chargaffo eksperimentai

  • Chargaffas pirmasis panaudojo daugelį nukleino rūgščių išskyrimo iš gyvų ląstelių, išgryninimo ir matavimo biocheminių metodų

  • Tuo metu jau buvo žinoma, kad DNR sudaro keturios bazės: A, G, C ir T

  • Bazių sudėties analizė gali atskleisti svarbias DNR struktūros ypatybes

2-33


2-34


2-35


Chargaffo tyrimų duomenys: bazių procentinis santykis skirtingų organizmų DNR

2-36


Rezultatų interpretavimas

  • Duomenys, pateikti lentelėje, sudaro tik nedidelę dalį visų rezultatų, gautų Chargaffo

  • Iš rezultatų akivaizdžiai matyti, kad

    • Adenino procentas = timino procentui

    • Citozino procentas = guanino procentui

  • Šis dėsningumas vadinamas Chargaffotaisykle

    • Tai buvo vienas pagrindinių atspirties taškų, kuriuos panaudojo Watsonasir Crickas DNR struktūrai išaiškinti

2-37


Watsonasir Crickas

  • Būdami susipažinę su visais šiais tyrimų rezultatais, Watsonas ir Crickaspasiryžo išsiaiškinti DNR struktūrą

    • Jie bandė pagaminti DNR modelį iš rutuliukų ir lazdelių, kuriam būtų būdingi visi žinomi eksperimentiniai DNR bruožai

  • Esminis klausimas buvo kaip dvi (ar daugiau) grandinių sąveikauja tarpusavyje

    • Pirminė idėja buvo, kad grandinės sąveikauja per fosfato-Mg++sąsiuvas

2-38


  • Ši hipotezė, žinoma, buvo neteisinga!

2-39


Watsonasir Crickas

  • Tada jie sukūrė modelį, kuriame

    • Fosfodezoksiribozinis karkasas buvo išorėje

    • Bazės buvo projektuojamos viena priešais kitą

  • Pradžioje jie manė, kad vandenilinės jungtys jungia identiškas bazes, esančias priešingose grandinėse

    • t.y., A su A, T su T, C su C, and G su G

  • Tačiau modeliavimas parodė, kad ir šis modelis nėra teisingas

2-40


Watsonasir Crickas

  • Tik tada jie suprato, kad vandenilinės jungtys susidaro tarp A ir T bei tarp C ir G

    • Taigi, jie pagamino modelį, kuriame A sąveikavo su T, o G – su C

      • Šis modelis jau atitiko visus tuo metu žinomus duomenis apie DNR struktūrą

2-41


Watsonasir Crickas

  • Watsonas, Crickasir Wilkinsas 1962 m. už DNR struktūros išaiškinimą gavo Nobeliopremiją

    • Deja, Rosalind Franklin mirė 1958, o Nobelio premijos nėra skiriamos po mirties.

2-42


Dviguba DNR spiralė

  • Pagrindinės struktūros ypatybės

  • Dvi grandinės yra susivijusios apie centrinę ašį

  • Vieną pilną apviją sudaro 10 bazių

  • Abidvi grandinės yra antiparalelios

    • Vienos kryptis yra nuo 5’ į 3’, o kitos - nuo 3’ į 5’

  • Spiralė yra dešninė

    • Kai ji vijasi nuo jūsų, spiralė sukasi pagal laikrodžio rodyklę

2-43


Dviguba DNR spiralė

  • Pagrindinės struktūros ypatybės

  • DNR struktūra yra stabilizuojama

    • 1. Tarp komplementarių bazių susidaro vandenilinės jungtys

      • A jungiasi su T per dvi vandenilines jungtis

      • C jungiasi su G per tris vandenilines jungtis

    • 2. Bazių stekingas

      • DNR struktūroje bazės yra orientuotos taip, kad jų plokščiosios dalys “žiūri” viena į kitą. Esant tokiai orientacijai, tarp bazių susidaro stekingo jėgos, kurios papildomai stabilizuoja DNR struktūrą

2-44


Pagrindinės savybės

  • Dvi DNR grandinės formuoja

  • dešninę dvigubą spiralę

  • Bazės priešingose grandinėse

  • jungiasi vandenilinėmis

  • jungtimis pagal A/T ir G/C

  • taisyklę

  • DNR grandinės yra anti-

  • paralelios pagal savo

  • 5’3’ kryptį

  • Kiekvienos grandinės

  • pilną 360° apviją

  • sudaro 10 nukleotidų

2-45


Dviguba DNR spiralė

  • Pagrindinės struktūros ypatybės

  • Spiralės paviršiuje susiformuoja du asimetriškigrioveliai

    • 1. Didysis griovelis

    • 2. Mažasis griovelis

    • Kai kurie baltymai gali jungtis prie šių griovelių

      • Tuo būdu jie gali sąveikauti su tam tikromis nukleotidų sekomis

2-46


2-47


DNRgali susiformuoti į kelių tipų dvigubas spirales

  • DNR dviguba spiralė gali sudaryti skirtingos konformacijos antrines struktūras

    • Dominuojanti forma, randama gyvose ląstelėse yra B-DNR

    • Esant tan tikroms in vitrosąlygoms, gali formuotis A-DNRirZ-DNRdvigubos spiralės

2-48


  • A-DNR

    • Dešninė spiralė

    • Vienoje vijoje 11 bp

    • Susiformuoja esant žemai drėgmei

    • Nėra aiškių įrodymų apie jos biologinę svarbą

  • Z-DNR

    • Kairinė spiralė

    • Vienoje vijoje 12 bp

    • Formavimą skatina

      • Esant didelei druskų koncentracijai - GC-turtingos sekos

      • Esant mažai druskų koncentracija – citozino metilinimas

    • Tokia konformacija gali būti svarbi transkripcijai ir rekombinacijai, bent jau mielių ląstelėse

2-49


Bazės pakrypusios centrinės ašies atžvilgiu

Bazės pakrypusios centrinės ašies atžvilgiu

Bazės santykinai statmenos centrinei ašiai

Fosfofdezoksiribozinis karkasas išsidėstęs zigzagiškai

9-50


DNRgali sudaryti trigubą spiralę

  • XX a. Šeštojo dešimtmečio pabaigoje Alexander Rich et alatrado trigubą DNR

    • Ji susiformavo in vitronaudojnantsintetinės DNR fragmentus

  • Devintajame dešimtmetyje buvo nustatyta, kad natūrali dvigrandininė DNR gali jungtis su sintetine DNR grandine ir suformuoti trigubą DNR spiralę (tripleksą)

    • Sintetinė DNR grandinė jungiasi prie natūralios DNR didžiojo griovelio

2-51


  • Tripleksinės DNR formavimasis priklauso nuo specifinių sekų

  • Bazių poravimosi taisyklės yra

T jungiasi prie AT poros natūralioje DNR

  • Tripleksinė DNR gali dalyvauti keliuose svarbiuose procesuose

    • Replikacijoje, transkripcijoje, rekombinacijoje

  • Neseniai aptikti ląstelių baltymai, specifiškai atpažįstantys tripleksinę DNR

C jungiasi prie GC poros natūralioje DNR

Kaspino modelis

Bazių sekos pavyzdys

2-52


Erdvinė DNR struktūra

  • Tam, kad DNR tilptų ląstelėjė, ji turi būti efektyviai kompaktizuota per erdvines struktūras

    • Tokios struktūros sukuriamos dalyvaujant baltymams, galintiems jungtis prie DNR

  • Plačiau apie tai bus kalbama sekančioje paskaitoje

2-53


DNRapsiveja apie histoninius baltymus

2-54


RNRstruktūra

  • Pirminė RNR grandinės struktūra yra labai panaši į DNR grandinės struktūrą

  • RNRgrandinės paprastai būna nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių nukleotidų ilgio

  • RNR sintetinama naudojant DNR kaip matricą. Šios sintezės metu naudojama tik viena iš dviejų DNR grandinių

2-55


2-56


  • Nors RNR dažniausiai yra viengrandininė, RNE molekulėse gali formuotis dvigrandininiai regionai

    • Šios antrinės struktūros susidaro dėl komplementariųbazių poravimosi

      • A su U ir C su G

    • Dėl to trumpuose RNR segmentuose susiformuoja dviguba spiralė

  • Tipiška RNRdviguba spiralė

    • Yra dešninė

    • Sudaro A formą, kurioje vienai vijai tenka 11-12 bp

  • Gali susidaryti skirtingų tipų RNR antrinės struktūros

2-57


Komplementarūs regionai

Nenkomplementarūs regionai

Palaikomi vandenilinių jungčių

Išsikišusi kilpa

Vidinė kilpa

Išsišakojusi kilpa arba mazgas

Kamieninė kilpa

Taip pat vadinama smeigtuko galvute

Turi bazes, išsikišančias iš dvigrandininių regionų

2-58


Molekulė turi viengrandininius ir dvigrandininius regionus

  • Daugelis veiksnių gali įtakoti RNR tretinę struktūrą

    • Pavyzdžiui

      • Bazių poravimasis ir stekingas RNR molekulėje

      • Sąveikos su jonais, mažomis molekulėmis ir stambiais baltymais

Jie sąveikauja sudarydami šias 3-D struktūras

Kaspino modelis

  • Tretinė tRNRphestruktūra

    • Tai transportinė RNR kuri perneša fenilalaniną

2-59


  • Login