Лекция №29 Молекулярная генетика. Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации.

Научные доказательства участия молекул ДНК в передаче наследственной информации. Открытия:

а) Вирусы, строение, особенности жизнедеятельности.

б) трансформация у бактерий.

в) Конъюгация у бактерий.

г) Трансдукция у бактерий.

д) Лизогения у бактерий.

е) Свойства ДНК.

Краткое изложение лекционного материала.

а) Вирусные частицы – это органические кристаллы, состоящие из ДНК или РНК и белковой оболочки – капсида. В эксперименте было обнаружено, что в клетку-хозяина проникает не вся вирусная частица, а лишь ДНК (РНК), а капсид остаётся снаружи. Проводили опыт: помечали ДНК вируса радиактивным фосфором, а капсид – радиактивной серой. В клетке-хозяине обнаруживали ДНК вируса, которая встраивалась в ДНК клетки-хозяина, реплицировалась (самовоспроизводилась) и за счет этого собирались новые вирусные частицы, содержащие ДНК, помеченную радиактивным фосфором. Затем частицы выходили из клетки и поражали другие клетки.

Далее было выяснено, что чистая ДНК вируса табачной мозаики вызывала все типичные признаки болезни. Более того, создали гибриды из вирусов, в которых капсид от одного вируса, а ДНК – от другого. В таких случаях генетическая информация гибрида всегда соответствовала тому вирусу, чья ДНК входила в состав гибрида.

Гибель бактериальных клеток могут вызвать бактериофаги – вирусы избирательно поражающие только бактерии. Пример: фаг Т₂ l, поражающий Echerichia coli:

1. Фаг фиксируется на клеточной оболочке бактерии;

2. Лизирует с помощью ферментов, содержащихся в капсиде оболочку бактерии;

3. ДНК фага проникает внутрь клетки;

4. ДНК встречается в геном. (слайд 1).

5. Происходит репликация ДНК фаг, синтез фаговых белков и сборка фаговых частиц за счет структур бактериальной клетки.

6. Фаги покидают клетку бактерии, разрушая ее. Проявляется такое их свойство как вирулентность.

б) В 1928 году Гриффит открыл явление трансформации у пневмококков в системе in vivo (слайд8 – опыт с бескапсульными и капсульными бактериями на мышах). Почему так происходило, Гриффит не мог объяснить.

Лишь в1944 г. О.Эйвери и М.Карти установили, что веществом, трансформирующим штамм пневмококков в другой штамм является ДНК. Но и после этого высказывались сомнения, что не ДНК, а примесь белка ответственна за трансформацию. Очистка препарата была доведена до того, что на 1мг ДНК приходилась 1 молекула белка. При этом, если в препарат ввести фермент ДНК-полимеразу (т.е. разрушить ДНК), то трансформирования не происходила.

С другой стороны, введение ферментов, разрушающих белки, не влияло на трансформацию. На этом свойстве основана устойчивость бактерий к антибиотикам.

в) В 1946 г. Д.Ж.Ледеберг и Э.Татум обнаружили половой процесс у бактерий, названный конъюгацией (слайды 3, 4 , 5)

г) В 1952 г. Д.Ж.Ледеберг и Н.Зиндер в опытах на профагах (умеренных бактериофагах) доказали возможность фрагментарного переноса ДНК клетки хозяина вирусом в другую клетку, в результате чего клетка - реципиент приобретает некоторые новые признаки. Это явление назвали трансдукцией. В этом же году Д.Херши и М.Чейз на модели с радиоактивно-меченной ДНК вируса получили новые доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации (слайд 6, 7, 10).

д) Явление лизогении- носительство умеренного фага с последующим множественным выходом вирусных частиц и гибелью клетки. Вирус в мутантных клетках приобретает лизогенные свойства. Вирусная ДНК становится рекомбинативной, может содержать новые фрагменты – "прыгающие элементы" (слайд 2, 10)

е) В 1953 Дж. Уотсон, Ф. Крик подвергли ДНК химическому гидролизу с денатурацией (утратой) ее нативной структуры. Свойства ДНК при этом исчезали.

Особые свойства нативной ДНК как носителя наследственной информации:

1) реплицирование – образование новых цепей комплиментарно;

2) самокоррекция – ДНК-полимераза отщепляет ошибочно реплицированные участки (10^-6);

3) репарация - восстановление;

Осуществление этих процессов происходит в клетке с участием специальных ферментов.

Организация наследственного материала у прокариот и эукариот.

Прокариоты:

1) Наследственный материал в единственной кольцевой молекуле ДНК.

2) ДНК располагается во внутренней части цитоплазмы – эндоплазме.

3) Ген целиком состоит из кодирующих последовательностей экзонов, регуляторные участки расположены на его концах.

4) Созревание ДНК происходит за счет отсечения концевых участков молекул, нет сплайнинга.

5) Транскрипция и трансляция идут на ДНК одновременно.

6) Транскрипция катализируется одним ферментом – РНК -полимеразой.

Эукариоты:

1) Наследственный материал в линейных структурах - хромосомах , их число – видовой признак.

2) Наследственного материала у эукариот больше по объему, чем у прокариот.

3) Хромосомы отделены от остальных компонентов клетки ядерной оболочкой.

4) Гены у эукариот содержат как кодирующие нуклеотидные последовательности коллинеарные белковым структурам - экзоны, так и некодирующим, регуляторные фрагменты – неколлинеарные белкам – интроны. Поэтому первичная ядерная РНК-про и-РНК обладает большей молекулярной массой, чем матричная и-РНК.

5) Для эукариот характерен процессинг:

а) удаление интронов с помощью ферментов- рестриктаз;

б) сшивание экзонов – сплайтинг – осуществляется за счет ферментов – лигаз.

в)выход зрелой матричной и-РНК в цитоплазму и связывание с рибосомами и полисомами.

6) Транскрипция и трансляция осуществляется на хромосомах в разное время.

7) Процессы образования различных видов РНК катализирует различные РНК – полимеразы. Внеядерная транскрипция осуществляется РНК – полимеразами органелл.