Повторение «азов» из школьной программы

Нам предстоит обсудить множество интересных тем. Но сначала необходимо повторить кое-какие азы. В принципе они входят в школьную программу, но мы должны освежить их в памяти, потому что если вы не будете четко представлять себе эти основы, у нас с вами просто не будет общего языка, на котором можно разговаривать. Некий минимум фактов нужно твердо усвоить.

Если я буду подробно пересказывать все эти основы на лекциях, мы ничего не успеем. Поэтому я надеюсь, что основную часть работы по вспоминанию школьной программы вы проделаете самостоятельно. Здесь перечислены 30 базовых понятий, которые вам нужно знать по молекулярным и клеточным основам жизни. Для начала этого хватит. Список есть в интернете по указанному адресу. Я попрошу вас сделать следующее. Завести толстую тетрадь, и в ней первые 30 листочков отвести для этих 30 терминов, по листочку на каждый термин. Это будет что-то вроде вашего личного словарика или маленькой энциклопедии. И в качестве домашнего задания вы будете постепенно этот словарик заполнять. Все это есть в ваших учебниках, причем там все изложено намного более подробно, чем нам потребуется. Задание состоит в том, чтобы по каждому термину ознакомиться с имеющейся в учебниках информацией и кратко ее резюмировать в словарике. Можно пользоваться интернетом. Копипейстинг будет караться. Пишите своими словами, предварительно поняв то, что собираетесь написать. От полстранички до одного листа на термин. В какие-то моменты я буду эти словарики у вас брать на проверку.

На слайде выделены жирным шрифтом и подчеркнуты 10 терминов, которые составят ваше первое домашнее задание.

На этом слайде показан пример заполнения странички в словарике. Чтобы вы поняли, какой примерно уровень требуется. Только самые основные, общие сведения, без деталей. Это первый термин из списка – аминокислоты. Нас, конечно, интересуют в первую очередь аминокислоты, входящие в состав белков. Учить наизусть формулы всех 20 аминокислот, конечно, не надо. Но в общих чертах представлять себе, какие бывают радикалы у аминокислот – надо.

Таким образом, с домашним заданием мы разобрались.

-----------------------------------------------

На лекциях, пока мы повторяем азы, я буду в основном заниматься расставлением акцентов, то есть объяснять, что важно а что не очень, а также объяснять некоторые моменты, требующие глубокого понимания, а не просто запоминания.

Что изображено на этой фотографии?

Небольшая историческая справка. Четыре ключевых события в развитии биологии:

· 1859 – Теория эволюции путем естественного отбора.

· 1900-е – 1910-е годы – Классическая генетика, хромосомная теория наследственности.

· 1930-е годы – Удалось понять, как первое согласуется со вторым. Генетическая теория эволюции.

· 1950-е – 1960-е годы – Открытие материальной природы наследственности и изменчивости (структура ДНК, репликация, транскрипция, трансляция, генетический код, мутации).

Мы почти не будем, за редкими исключениями, касаться вопросов истории науки. Но в некоторых случаях все-таки важно представлять себе некую историческую канву.

Нас сейчас интересует четвертый этап, когда были заложены основы современной молекулярной биологии. Чтобы понять, почему такой шум был поднят вокруг открытия Уотсона и Крика, нам нужен исторический контекст. Согласно легенде, Крик на радостях сказал «Мы открыли главную тайну жизни». Что он имел в виду?

Уже была генетика. Уже было известно, что наслественная информация дискретна, что она состоит из неких дискретных единиц - «генов», которые находятся в хромосомах. В состав хромосом входят белки и ДНК. Сначала думали, что наследственная информация хранится в белках. Потому что ДНК казалась слишком «однообразной молекулой». Но потом экспериментально удалось показать, что все-таки наследственная информация хранится в ДНК. Это выяснили при помощи экспериментов с мечеными молекулами ДНК и белков.

Оставалось два величайших вопроса:

1) Каким способом, на каком «языке» записана наследственная информация в молекуле ДНК?

2) Каким образом удается клетке осуществлять копирование этой информации перед каждым делением? Здесь важно понимать, что в основе жизни может лежать далеко не всякая длинная молекула, не всякий полимер, в котором что-то закодировано. Это должна быть молекула, способная к самокопированию. Это должна быть молекула, содержащая в самой себе инструкции по созданию копий самой себя. Говоря химическим языком, это должна быть молекула, способная катализировать синтез собственных точных копий. Без этого живые существа просто не смогут размножаться. Наследственная информация должна копироваться, тиражироваться, чтобы ее можно было передавать от родителей потомкам.

Ответ на первый вопрос в общем уже напрашивался. Было известно, что ДНК – это некая длинная молекула, некий полимер, состоящий из нуклеотидов четырех типов. Их, как вы, наверное, знаете, обозначают буквами А, Г, Т, Ц. Каким-то образом наследственная информация закодирована в последовательности нуклеотидов, записана этим четырехбуквенным алфавитом.

Самым загадочным представлялся второй вопрос, вопрос о том, каким образом эта наследственная информация ухитряется удвоиться перед каждым клеточным делением, каким образом копируется этот текст, написанный четырехбуквенным алфавитом?

Принципиальный момент здесь в том, что, как уже было известно в то время генетикам, мутации (случайно возникающие изменения в наследственной информации) тоже копируются и наследуются. Это значит, что система копирования ДНК не зависит от того, какая именно наследственная информация в ней записана. Это универсальная система копирования. Это не некий штамп, который штампует одинаковые тексты. Скорее это нечто вроде ксерокса, который размножает любой текст независимо от его содержания. Если в тексте случайно возникнет изменение, то копии, снимаемые с этого измененного текста, тоже будут содержать в себе это изменение.

Именно это свойство живого и называется «наследственностью». Наследственность – это не синоним размножения. Может быть размножение и без наследственности. (пример с огнем). Важнейшее свойство жизни, называемое наследственностью, состоит в том, что при размножении потомству передаются индивидуальные особенности родителей, а не только их «общая идея» или «общевидовые характеристики».

Очевидно, молекула ДНК должна обладать совершенно удивительным, необычным свойством – она должна быть способна к размножению, к самокопированию, к производству точных копий самой себя, причем нужно, чтобы все нуклеотиды у копии стояли в такой же последовательности, как и в оригинале. Если возникает мутация, то копии с мутантной молекулы ДНК должны тоже содержать эту мутацию. Только молекула, обладающая такой способностью, способностью к самокопированию, к репликации, может лежать в основе жизни. Белки таким свойством не обладают.

Посмотрим, что же установили Уотсон и Крик. (рассказать по слайду – фосфатно-рибозный «скелет», азотистые основания. Вопрос к залу: кто-нибудь может опознать нуклеотиды?). Самое главное, что открыли Уотсон и Крик – это принцип специфического спаривания нуклеотидов, или принцип комплементарности. А всегда соединяется с Т, Г всегда соединяется с Ц.

Одно из двух самых скромных высказываний в истории биологии.

Кто догадался, как заканчивалась эта фраза? (ответ: "a possible copying mechanism for the genetic material")

Таким образом, главное открытие состояло в том, что молекула ДНК оказалась устроена таким образом, что ее очень легко скопировать. Для этого достаточно расплести двойную спираль на две нити и к каждой из нитей достроить вторую нить в соответствии с принципом комплементарности (специфического спаривания). Фактически это означает, что молекула ДНК кодирует сама себя. Точнее, каждая из нитей двойной спирали кодирует вторую нить, определяет ее строение. ДНК кодирует также и многое другое – все строение организма в конечном счете, но в первую очередь она кодирует сама себя. Она способна сама контролировать производство собственных копий. Механизм копирования – репликации – ДНК заложен непосредственно в ее стуктуру.

-----------------------------------------

Рибонуклеотиды. Отличие ДНК от РНК. РНК отличается только присутствием ОН-группы у 2-го углеродного атома рибозы (ну и еще урацил вместо тимина). За счет этого вроде бы небольшого различия РНК обладает большей гибкостью, способностью сворачиваться в сложные трехмерные структуры и, как следствие, выполнять активную работу, подобно белкам. Зато и устойчивость у нее ниже. ДНК, напротив, молекула пассивная, инертная и устойчивая. Она идеально подходит для длительного хранения наследственной информации. РНК годится для кратковременного хранения и для выполнения активных действий, связанных с обработкой этой информации.

АТФ – энергетическая «разменная монета». Рассказать, как присоединяются (фосфатами активированного нуклеотида к 3’ присоединенного ранее)

----------------------------------------

Ведущая нить и запаздывающая нить. Праймаза синтезирует РНК-праймеры.