Что участвует в синтезе белка

Что участвует в синтезе белка

Наследственная информация в клетке не является монолитной, она разбита на отдель­ ные «слова» — гены.

Ген — это элементарная единица генетической информации. У человека всего около 25–30 тыс. генов.

Генетический код. Наследственная информация организмов зашифрована в ДНК в ви­ де определенных сочетаний нуклеотидов и их последовательности — генетического кода.

Его свойствами являются: триплетность, специфичность, универсальность и избыточность. Кроме того, в генетическом коде отсутствуют «знаки препинания». 23

Каждая аминокислота закодирована в ДНК тремя нуклеотидами — триплетом, напри­мер, метионин закодирован триплетом ТАЦ. Каждый триплет кодирует только
одну аминокислоту, в чем заключается его специфичность или однозначность. Генетический код универсален для всех живых организмов, то есть наследственная информация о белках человека может считываться бактериями и наоборот. Это свидетельствует о единстве проис­ хождения органического мира. Однако 64 комбинациям нуклеотидов по три соответствует только 20 аминокислот, вследствие чего одну аминокислоту могут кодировать 2–6 трипле тов и имеется три стоп­кодона, то есть генетический код избыточен, или вырожден. Три триплета не имеют соответствующих аминокислот, их называют стоп­кодонами, так как они обозначают окончание синтеза полипептидной цепи.

Репликация ДНК, а также синтез РНК и белков в клетках осуществляются по принципу матричного синтеза, который заключается в том, что новые молекулы белков и нуклеи­ новых кислот синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Репликация ДНК. Процесс самовоспроизведения молекулы ДНК, обеспечивающий точное копирование наследственной информации и передачу ее из поколения в поколение, называет­ ся репликацией (от лат. репликацио — повторение). В результате репликации образуются две абсолютно точные копии материнской молекулы ДНК, каждая из которых несет по одной копии материнской (рис. 42). Ключевым ферментом репликации является ДНК­полимераза. Репликация ДНК является полуконсервативной, так как молекула ДНК расплетается, и на каждой из ее цепей синтезируется новая цепь по принципу комплементарности.

Образовавшиеся в результате репликации две молекулы ДНК в процессе деления расхо­ дятся по двум вновь образующимся дочерним клеткам.

Ошибки в процессе репликации возникают крайне редко, но если они происходят, то устраняются ДНК­полимеразами или ферментами репарации.

Биосинтез белка является сложнейшим клеточным процессом — в нем участвуют до трехсот различных ферментов и других макромолекул. Выделяют два основных этапа синтеза белка: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. транскрипцио — переписывание) — это биосинтез молекул иРНК на соответствующих участках ДНК (рис. 43).

Синтезированные в процессе транскрипции в ядре молекулы иРНК проходят сложный процесс подготовки к трансляции, после чего они выходят в цитоплазму.

Трансляция (от лат. транс­ ляцио — передача) — это био­ синтез полипептидной цепи на матрице иРНК, при котором происходит перевод генети­ ческой информации в после­ довательность аминокислот полипептидной цепи (рис. 44).

Трансляция чаще всего происходит в цитоплазме, на­пример на шероховатой ЭПС.
Для синтеза белка необходима предварительная активация аминокислот, в ходе кото­ рой аминокислота присоединяется к соответствующей тРНК. Этот процесс катализируется специальным фер­ментом и требует затраты АТФ.

Для начала трансляции (инициации) к готовой к син­ тезу молекуле иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, а затем к первому кодону (АУГ) иРНК подби­ рается тРНК с комплементарным антикодоном, несущая аминокислоту метионин. Лишь после этого присоединя­ ется большая субъединица рибосомы. В пределах собран­ ной рибосомы оказываются два кодона иРНК, первый из которых уже занят. К соседнему с ним кодону под­ бирается вторая тРНК, также несущая аминокислоту, после чего между остатками аминокислот с помощью ферментов образуется пептидная связь. Рибосома передвигается на один кодон иРНК; пер­ вая из тРНК, освободившаяся от аминокислоты, покидает рибосому, а фрагмент синте­ зирующейся полипептидной цепи удерживается на оставшейся тРНК. К новому кодону, оказавшемуся в пределах рибосомы, присоединяется следующая тРНК, процесс повторяется и шаг за шагом полипептидная цепь удлиняется, т. е. происходит ее элонгация.

Окончание синтеза белка (терминация) происходит, когда рибосома сдвинется на не­ кодирующую последовательность нуклеотидов — стоп­кодон. После этого рибосома, иРНК и полипептидная цепь разделяются, а вновь синтезированный белок транспортируется в ту часть клетки, где он будет выполнять свои функции.

Источник

Биосинтез белка в клетке кратко и понятно

Как объяснить, кратко и понятно, что такое биосинтез белка, и какого его значение?

Если вам интересна эта тема, и вы хотели бы подтянуть школьные знания или же повторить пропуски, то эта статья создана для вас.

Что такое биосинтез белка

Сначала стоит ознакомиться с определением биосинтеза. Биосинтезом называется синтез живыми организмами природных органических соединений.

Если быть проще, то это получение различных веществ с помощью микроорганизмов. Этот процесс занимает важную роль во всех живых клетках. Не забываем и о сложном биохимическом составе.

Транскрипция и трансляция

Это два наиглавнейших шага биосинтеза.

Транскрипция с латинского означает «переписывание» – в качестве матрицы применяется ДНК, поэтому происходит синтезирование трёх видов РНК (матричной/информационной, транспортной, рибосомной рибонуклеиновых кислот). Реакция осуществляется с помощью полимеразы (РНК) и с использованием большого количества аденозинтрифосфата.

Выделают два основных действия:

Трансляция с латинского означает «перевод» – используется иРНК в качестве матрицы, синтезируются полипептидные цепочки.

Трансляция включает в себя три этапа, которые можно было представить в виде таблицы:

Схема биосинтеза белка

По схеме видно, как протекает процесс.

Точкой стыковки этой схемы являются рибосомы, в которых синтезируется белок. В простой форме синтез осуществляется по схеме

ДНК &gt, PHK &gt, белок.

Первым начинается этап транскрипции, в котором молекула изменяется в одноцепочную информационную рибонуклеиновую кислоту (иРНК). В ней содержится информация аминокислотной последовательности белка.

Следующей остановкой иРНК будет рибосома, в которой происходит сам синтез. Происходит это путём трансляции, формирования полипептидной цепочки. После этой заурядной схемы, полученный белок транспортируется в разные места, выполняя определённые задачи.

Последовательность процессоров биосинтеза белка

Биосинтез белка – сложный механизм, который включает в себя два выше упомянутых этапа, а именно транскрипцию и трансляцию. Первым происходит транскрибируемый этап (он разделяется на два события).

После идёт трансляция, в которой участвуют все виды РНК, у каждой есть своя функция:

Какие компоненты клетки участвуют в биосинтезе белка

Как мы уже говорили, биосинтез разделяют на две стадии. В каждой стадии участвуют свои компоненты. На первой стадии это дезоксирибонуклеиновая кислота, информационная и транспортная РНК, нуклеотиды.

Во второй же стадии участвуют компоненты: иРНК, тРНК, рибосомы, нуклеотиды и пептиды.

Каковы особенности реакций биосинтеза белка в клетке

В список особенностей реакций биосинтеза стоит отнести:

Признаки биосинтеза белка в клетке

Для такого сложного процесса, конечно же, характерны различные признаки:

Заключение

Многоклеточный организм аппарат, состоящий из разных клеточных типов, которые дифференцированы – отличаются структурой и функциями. Кроме белков, присутствуют клетки этих типов, которые синтезируют так же себе подобных, в этом заключается различие.

Источник

Биосинтез белка. №27 ЕГЭ.

ВВЕДЕНИЕ.

Перед тем как начать печатать эту статью наша группа отследила в каких заданиях ЕГЭ учащиеся совершают большинство ошибок. Этими заданиями оказались: номер 27 из второй части и несколько номеров из первой, в которых проверяется знание темы «Биосинтез белка».

Тема 1: Нуклеиновые кислоты — что это?

В состав каждого нуклеотида входят:

• Остаток фосфорной кислоты.

Строение ДНК.

ДНК — это полимерное соединение с постоянным (стабильным) содержанием в клетке. ДНК содержится почти исключительно в ядре клетки.

• По своей структуре молекула ДНК представляет собой две полимерные цепи, соединенные между собой и закрученные в форме двойной спирали.

• ДНК хранит информацию о структуре белка и «храниться» в хромосомах, которые находятся в ядре.

P.S. именно белок определяет наше разнообразие.

Важно знать! Создана модель структуры ДНК в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком, за что оба были удостоены Нобелевской премии.

Основной структурной единицей одной цепи является нуклеотид, состоящий из азотистого основания, дезоксирибозы и фосфатной группы. ДНК содержит 4 вида азотистых оснований: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц).

Азотистые основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи.
Четко проявляется в их расположении важная закономерность: аденин (А) одной цепи связан с тимином (Т) другой цепи двумя водородными связями, а гуанин (Г) одной цепи связан тремя водородными связями с цитозином (Ц) другой цепи, в результате чего формируются пары А=Т и Г≡Ц.

Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностью, т. е. пространственное и химическое соответствие между парами нуклеотидов, или Правилом Чаргаффа.

Строение РНК.

РНК содержит 4 азотистых основания: Аденин (А), Урацил (У), Гуанин (Г), Цитозин (Ц).

По выполняемым функциям среди РНК выделяют: транспортные, информационные (матричные) и рибосомные.

Обратите внимание на схему ниже — а особенно на слово «антикодон». Что это? Антикодон — это триплет нуклеотидов на верхушке тРНК. И определённая последовательность этих нуклеотидов определяет 1 конкретную аминокислоту, которую данная молекула тРНК будет переносить. Например, если на верхушке тРНК — антикодон имеет последовательность ЦАУ (цитозин, аденин, урацил) — то эта тРНК будет переносить аминокислоту Валин.

• Информационная (матричная) РНК (иРНК, мРНК) — одноцепочечная молекула, которая образуется в результате транскрипции на молекуле ДНК (копирует гены) в ядре и несет информацию об одной белковой молекуле к месту синтеза белка в рибосомах. О ней мы ещё подробно поговорим.

• Рибосомные РНК (рРНК) — самые крупные одноцепочечные молекулы, образующие вместе с белками сложные комплексы, поддерживающие структуру рибосом, на которых идет синтез белка. На долю рРНК приходится около 90% от общего содержания РНК в клетке. Т.е. всё что Вы должны о ней понимать — это то что она входит в состав рибосом, т.е. образует рибосомы.

Тема 2: Биосинтез белка.

1-ый этап биосинтеза. Транскрипция.

Процесс транскрипции:

Если в транскрибируемой нити ДНК (с которой идёт копирование) стоит нуклеотид Г — то в составе иРНК это будет Ц;

Если в транскрибируемой нити ДНК (с которой идёт копирование) стоит нуклеотид Т— то в составе иРНК это будет А;

Если в транскрибируемой нити ДНК (с которой идёт копирование) стоит нуклеотид А— то в составе иРНК это будет У (т.к. в состав РНК не входит тимин Т). и т.д.

2-ой этап биосинтеза. Введение.

Перед тем как мы перейдём к следующему этапу — стоит ввести терминологию. Вам должны быть знакомы понятия триплет, кодон и антикодон.

Антикодон — это триплет нуклеотидов на верхушке тРНК
*с ним мы уже познакомились*

Теперь потихоньку будем с Вами приходить к понятиям триплет и кодон. Полученная при транскрипции молекула иРНК служит матрицей (основой) для синтеза полипептида (белка) на рибосомах, я думаю это понятно. Теперь давайте вспомним из чего состоит белок? А белок состоит из аминокислот. Вот они:

Так вот белок состоит из последовательности этих аминокислот, выглядит это так:

Теперь мы знаем, что цель биосинтеза белка — создать вот такую цепочку аминокислот (это и есть белок). А эта цепь создаётся на матрице иРНК, которая является копией определённой нити ДНК. Понятно? Ну хорошо 🙂
Так вот, теперь суть всего этого «введения»: каждую аминокислоту кодирует три нуклеотида. Теперь обещанная терминология.

Триплет — это участок ДНК (ДНК. — запомните), который состоит из 3-ёх нуклеотидов и кодирует определённый вид аминокислоты.

Кодон — это участок иРНК (иРНК. — запомните), который состоит из 3-ёх нуклеотидов и кодирует определённую аминокислоту. Но ещё раз напомню, что иРНК — это просто копия какой-либо нити ДНК.

Посмотрите на эту схему:

2-ой этап биосинтеза. Трансляция.

Полученная при транскрипции молекула иРНК служит матрицей для синтеза белка на рибосомах. Триплеты иРНК, кодирующие определенную аминокислоту, называются кодоны, на всякий случай скажу это ещё раз.

В трансляции принимают участие молекулы тРНК. Каждая молекула тРНК содержит антикодон – распознающий триплет, в котором последовательность нуклеотидов комплементарна по отношению к определенному кодону иРНК.

А теперь ещё раз напоминаю, что каждая молекула тРНК способна переносить строго определенную аминокислоту!

Вывод выше — это Ваш ключ к пониманию этой темы. Если Вы это не поняли — то перечитайте ещё пару раз и взгляните на схему ниже.

Итог 2-ой темы.

Биосинтез белка — это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определенную последовательность аминокислот в белковых молекулах.

Процесс биосинтеза белка состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.
P.S. Каждый этап биосинтеза катализируется соответствующим ферментом и обеспечивается энергией АТФ.

Пояснение: носителем генетической информации является ДНК, расположенная в клеточном ядре. В ходе транскрипции участок двуцепочечной ДНК «разматывается», а затем на одной из цепочек синтезируется молекула иРНК.
Информационная (матричная) РНК состоит из одной цепи и синтезируется на ДНК в соответствии с правилом комплементарности.

Формируется цепочка иРНК, представляющая собой точную копию второй (нематричной) цепочки ДНК (только вместо тимина включен урацил). Так информация о последовательности аминокислот в белке переводится с «языка ДНК» на «язык РНК». Как и в любой другой биохимической реакции в этом синтезе участвует фермент — РНК-полимераза.

2. Трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.

Пояснение: на тот конец иРНК, с которого нужно начать синтез белка, нанизывается рибосома. Она движется вдоль иРНК прерывисто, «скачками», задерживаясь на каждом триплете приблизительно 0,2 секунды. За это время молекула тРНК, антикодон которой комплементарен кодону, находящемуся в рибосоме, успевает распознать его. Аминокислота, которая была связана с этой тРНК (аминокислоты доставляются к рибосомам транспортными РНК), отделяется от «черешка» тРНК и присоединяется с образованием пептидной связи к растущей цепочке белка. В тот же самый момент к рибосоме подходит следующая тРНК (антикодон которой комплементарен следующему триплету в иРНК), и следующая аминокислота включается в растущую цепочку.

Синтез белка продолжается до тех пор, пока на рибосоме не окажется один из трёх стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА). После этого белковая цепочка отсоединяется от рибосомы, выходит в цитоплазму и формирует присущую этому белку вторичную, третичную и четвертичную структуры.

Тема 3: Практика. Порешаем несколько заданий из ЕГЭ?

Ответ:

1) Первым делом — просто перепишем эту последовательность ДНК, вот так:
*для удобства — можно разделить эту последовательность на триплеты, небольшими пробелами*

ДНК: АТГ ГЦТ ЦТЦ ЦАТ ТГГ

2) По заданию нас просят построить по этой последовательности ДНК построить иРНК, строим! *мы это умеем*
Подсказка: А будет переходить У (тимина в РНК нет), Г будет переходить Ц и наоборот, а Т будет переходить в А.

иРНК: УАЦ ЦГА ГАГ ГУА АЦЦ

3) Теперь нужно выяснить количество тРНК и нуклеотидный состав их антикодонов. Ну давайте сначала определим число тРНК — оно будет равняться числу кодонов на иРНК. Считаем… Будет 5 тРНК! А теперь составим их нуклеотидный состав по принципу комплиментарности. Отмечу, что у нас всё ещё не будет Тимина — т.к. мы составляем цепь РНК. Иво ттак легко по принципу комплиментарности мы всё составили 🙂

тРНК: АУГ, ГЦУ, ЦУЦ, ЦАУ, УГГ

!ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАНИЯ №27 ЕГЭ!

2. Цепочки нужно строить строго друг под другом, буква под буквой!

3. Когда мы пишем последовательность нуклеотидов в тРНК, то мы разделяем антикодоны запятыми (т.к. каждый из них — участок отдельной структуры)!
НО! ОЧЕНЬ ВАЖНО! Если в задании сказано «петля тРНК» — то запятыми разделять ничего не нужно. Если вы этого не заметите и поставите запятые — это будет грубейшая ошибка!
Видим в задании «петля тРНК» — в тРНК запятыми антикодоны не разделяем. Например, в задании выше слова «петля» не было — поэтому я разделял антикодоны запятыми.

4. Нужно обязательно пояснять свои действия. И обязательно указать, что «все свои цепочки я строю по принципу комплиментарности, или по Правилу Чаргаффа». Если пояснения не будет — вы потеряете 1 балл!

Тема 3: Продолжение решения задач.

Ответ:

тРНК: УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ *ставлю запятые, слово «петля» нет»
иРНК: ААУ ЦЦГ ГЦГ УАА ГЦА *без знаков препинания*
1 цепь ДНК: ТТА ГГЦ ЦГЦ АТТ ЦГТ *не забудь про то, что в ДНК есть Тимин*
2 цепь ДНК: ААТ ЦЦГ ГЦГ ТАА ГЦА *помните — нас попросили написать последовательность каждой цепи молекулы ДНК*
*Теперь считаем А, Т, Г, Ц в обоих цепях ДНК*
В молекуле ДНК А=Т=7, число Г=Ц=8.
Все свои цепи нуклеиновых кислот строил по Правилу Чаргаффа.

Задание 27. ЕГЭ.
В одной молекуле ДНК нуклеотиды с тимином (Т) составляют 24% от общего числа нуклеотидов. Определите количество (в %) нуклеотидов с гуанином (Г), аденином (А), цитозином (Ц) в молекуле ДНК и объясните полученные результаты.

Ответ: *он должен выглядеть так*

1) Аденин (А) комплементарен тимину (Т), а гуанин (Г) — цитозину (Ц), поэтому количество комплементарных нуклеотидов одинаково;
2) Количество нуклеотидов с аденином составляет 24%, т.к. количество нуклеотидов с тимином 24%
3) Количество гуанина (Г) и цитозина (Ц) вместе составляют 52%, а каждого из них — 26%.

Ответ: *он должен выглядеть так*

Ответ: *он должен выглядеть так*

1) Одна т-РНК транспортирует одну аминокислоту. Так как в синтезе белка участвовало 30 т-РНК, белок состоит из 30 аминокислот.
2) Одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, значит, 30 аминокислот кодирует 30 триплетов.
3) Триплет состоит из 3 нуклеотидов, значит количество нуклеотидов в гене, кодирующем белок из 30 аминокислот, равно 30х3=90.

Ответ: *он должен выглядеть так*

1) Белок содержит 52 аминокислоты, т. к. одну аминокислоту кодирует один триплет (156:3).
2) т-РНК транспортирует к месту синтеза белка одну аминокислоту, следовательно, всего в синтезе участвуют 52 т-РНК.
3) В гене первичную структуру белка кодируют 52 триплета, так как каждая аминокислота кодируется одним триплетом.

Ответ: *он должен выглядеть так*

1) Если и-РНК синтезируется на верхней цепи ДНК, то её фрагмент будет УУУ ААА ЦЦЦ ГГГ.
2) Фрагмент белка: фен–лиз–про–гли.
3) Если белок кодируется нижней цепью, то иРНК — ААА УУУ ГГГ ЦЦЦ.
4) Фрагмент белка: лиз–фен–гли−про

ЭПИЛОГ.

Очень надеюсь, что эта статья поможет Вам разобраться в этой теме. Оставляйте свои комментарии, ставьте лайки и обязательно задавайте вопросы 🙂

Источник

Генетический код. Биосинтез белка

теория по биологии 🌿 основы генетики

Генетическая информация и генетический код

Каждый вид имеет свой собственный, отличный от других видов, набор белков. Интересно то, что белки, выполняющие идентичные функции у разных видов могут быть похожими или даже абсолютно идентичными.

У белков есть несколько состояний их структур:

Именно первичная структура является определяющей свойства белка. Эта структура – цепь из аминокислот. Аминокислоты, в свою очередь, представляют собой ряд триплетов из нуклеотидов. Решая генетические задачи, обращаются как раз-таки к знакомой таблице:

Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, которые составляют триплет или иначе кодон. Именно последовательность нуклеотидов называется генетической информацией, а участок последовательности, в котором хранится информация о первичной структуре белка это и есть ген.

Нуклеотиды, составляющие ДНК и РНК различаются:

В состав ДНК входят:

В состав РНК входят:

Кроме того, в составе РНК (рибонуклеиновой кислоты) сахар рибоза, а ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — дезоксирибоза. РНК — одноцепочечная, а ДНК — двухцепочечная.

Между нуклеотидами есть водородные связи. Они могут быть как двойные, так и тройные. Нуклеотиды не могу быть связаны в случайном порядке. Для этого существует принцип комплементарности ДНК, по которому аденин одной цепи ДНК соединяется с тимином другой цепи ДНК, другая пара в ДНК – гуанин – цитозин. В РНК все аналогично, за исключением того, что вместо тимина там урацил. Между парами А-Т/А-У – две водородных связи, а между парами Ц-Г – три. На письме это обозначается чёрточками: двойная связь как знак «равно», а тройная – три горизонтальные черты.

Свойства генетического кода

Транскрипция и трансляция

Из цитологии известно, что генетическая информация у эукариотических клеток заключена в ядре в виде ДНК. Однако процесс биосинтеза белка происходит в цитоплазме на рибосомах.

Спиральная цепь ДНК при раскручивается, в это время по одной из цепочек ДНК строится комплементарная цепь. Из ядра в цитоплазму информация выходит в виде информационной РНК (иРНК). иРНК комплементарная одной из цепей ДНК. Этот процесс переписывания называется транскрипцией. Полученная цепь практически идентичная другой цепи ДНК, за исключением того, что вместо тимина там урацил.В процессе участвует специальный фермент РНК-полимераза.

Теперь в ядре есть цепочка, которая уже начала процесс биосинтеза. Как говорилось выше, процесс ассимиляции идет на рибосомах. иРНК выходит в цитоплазму через поры ядерной мембраны

тРНК по форме напоминает лист клевера, а по принципу работы – штамп. На него, прямо как чернила, наслаиваются кодоны.

В цитоплазме начинается процесс трансляции, то есть перевод последовательности нуклеотидов информационной РНК в последовательность аминокислот белка.

Рибосома захватывает стартовый конец цепи иРНК. Затем она начинает двигаться по цепи, одна остановка рибосомы происходит на 6-ти нуклеотидах. В это время молекула тРНК, на которых есть триплет аминокислоты «подлетает» к цепи, в месте, где находится рибосома. За время остановки рибосомы транспортная РНК успевает распознать свою пару на цепи иРНК, которая называется антикодоном. Тогда тРНК «ставит свой штамп», оставляя на цепи свой кодон. Между нуклеотидами образуются водородные связи. Так нарастает новая цепь. На одной информационной РНК работает сразу много рибосом, поэтому работа идет очень быстро. Совокупность рибосом, синтезирующих на одной иРНК, называется полисомой.

По окончанию процесса биосинтеза, цепочка отсоединяется от рибосомы и принимает свою природную структуру: вторичную, третичную или четвертичную.

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

В современной генетической инженерии часто применняют технологии, связанные с гомологичной рекомбинацией ДНК непосредственно в живом объекте. Один из примеров – система CRE-Lox P. Lox P – это последовательность нуклеотидов в ДНК фага Р1. Она состоит из 34 нуклеотидов. В середине располагается несимметричная последовательность из 8 нуклеотидов (показана серой стрелкой на рисунке). По краям располагаются так называемые палиндромные последовательности из 13 нуклеотидов (выделены на рисунке как пунктирные блоки). Они симметричны (чтобы в этом убедиться, достаточно прочитать обе последовательность от 5´- конца к 3´- концу). Именно эти палиндромные участки узнаёт особый фермент, вызывающий рекомбинацию, который обозначают CRE. Будем в дальнейшем называть этот фермент рекомбиназой CRE. Для того, чтобы состоялась рекомбинация, два сайта Lox P должны расположиться параллельно друг другу. Рекомбиназа CRE узнает эти сайты, внесет в ДНК разрезы в определённых местах, а затем соединит по-новому две нити ДНК (т.е. произойдет рекомбинация). Аналогично работает и другая система гомологичной рекомбинации – Flp-FRT, обнаруженная у пекарских дрожжей. Сайт FRT – это последовательность ДНК, которую узнает свой фермент гомологичной рекомбинации – флиппаза (Flp). При рекомбинации две молекулы ДНК должны ориентироваться параллельно друг другу сайтами FRT, и только в этом случае произойдёт рекомбинация. Заметим, что флиппаза Flp узнает только свою последовательность FRT, но не может работать с сайтами Lox P, а рекомбиназа CRE узнает только свои сайты Lox P, но не работает с сайтами FRT. Предварительное доказательство (лемма) к задаче 9 (5 баллов). 1. Докажем, что при гомологичной рекомбинаци по «перевёрнутым» (инвертированным) повторам происходит «переворот» последовательности ДНК, находящейся между повторами. Для этого нарисуем молекулу ДНК и условно обозначим на ней буквами несколько точек. Затем «изогнём» молекулу так, чтобы повторы, обозначенные стрелками, встали параллельно друг другу. После обмена участками и «распрамления» окажется, что центральная часть между повторами «перевернулась». 2. Докажем, что при гомологичной рекомбинаци по прямым повторам происходит образование кольцевой ДНК, при этом из линейной последовательности ДНК «удаляется» участок, находящейся между повторами. Для этого используем тот же приём: нарисуем молекулу ДНК и условно обозначим на ней буквами несколько точек. Только в этом случае для того, чтобы прямые повторы встали параллельно друг другу, придётся хитроумно изогнуть молекулу так, чтобы от конца одного из повторов (точка С) шли точки D, E, F, а потом начинался новый повтор (в точке G). После рекомбинации точки С и G поменяются местами, и в результате получится кольцевая ДНК (C, D, E, F, G) и линейный участок (A, B, H, J). Будем считать, что кольцевая ДНК как бы «исчезает» (не может реплицироваться в клетке). А. Поскольку после 35S-промотора на той же цепи ДНК располагается кодирующая часть гена DsRed, клетки должна светиться красным светом. Б. Рекомбиаза CRE узнаёт последовательнсоти LoxP. Если повторы расположены инвертированно, то произойдёт «переворот» последовательности ДНК, расположенной между повторами. Таким образом, после рекомбинации конструкция будет выглядеть следущим образом: Свечение клеток изменится, поскольку после промотора на той же цепи ДНК окажется гена BFP, обестпечивающий синее свечение клеток. В. При рекомбинации по прямым повторам происходит потеря участка ДНК, расположенного между ними. Из двух повторов остаётся только один. Таким образом, после рекомбинации по сайтам FRT конструкция будет выглядеть следующим образом: Клетки будут светиться зелёным светом за счёт того, что под промотором оказалась кодирующая последовательность гена GFP. Г. После действия рекомбиназы CRE те последовательности, на которые может действовать флип паза Flp, «перевернулись», и вместо прямых стали инвертрованными. После рекомбинации участок между ними также должен «перевернуться»: В этом случае клетки также будут светиться зелёным светом за счёт того, что под промотором оказалась кодирующая последовательность гена GFP.

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

Сначала найдём место расщепления плазмиды рестриктазой BglII: Таких участков оказывается два. В результате расщепления из плазмиды выщепляется короткий фрагмент: Остаётся укороченная линейная ДНК, содержащая интактный ген устойчивости к ампицилину и расщеплённый ген устойчивости к эритромицину. При сшивании липких концов ДНК-лигазой наиболее часто будут соединяться концы этой молекулы и образовываться кольцо длиной 4163 нуклеотида. Такая ДНК будет сообщать клеткам устойчивость к ампицилину и не даст устойчивости к эритромицину. Второй фрагмент из-за небольшой длины не может замкнуться в кольцо. Второй вариант лигирования приводит к сшиванию липких концов двух фрагментов. Он происходит примерно в 10 раз реже, а после сшивки вторая пара липких концов скорее всего также, как и исходный фрагмент замкнётся в кольцо. Таких колец из пары фрагментов может образоваться 4 вида: димеры большого фрагмента в двух разных ориентациях (правый конец с левым концом второго фрагмента и левый конец с правым концом второго фрагмента или правый с правым и левый с левым) и соединения большого и малого фрагмента в двух разных ориентациях (вариант исходной плазмиды и инверсия малого фрагмента). Из них только в варианте исходной плазмиды восстанавливается устойчивость к эритромицину. Линейная молекула, образованная сшиванием двух фрагментов, может присоединить ещё один фрагмент с ещё в 10 раз меньшей частотой. Такие фрагменты в дальнейшем будут циклизоваться в плазмиды трёх размеров: из трёх больших фрагментов, из двух больших и одного малого и одного большого и двух малых. Три малых фрагмента дадут короткую последовательность, которая не сможет замкнуться в кольцо и существовать в клетке. В каждом размерном классе будет несколько вариантов с разной ориентацией фрагментов. Только в одном из них восстановится ген устойчивости к эритромицину: правый конец большого фрагмента соединяется с левым концом малого фрагмента, а правый конец малого фрагмента – с левым концом второго большого фрагмента, а оставшиеся концы двух больших фрагментов соединяются с образованием кольцевой плазмиды длиной 8363 пары нуклеотидов. Доля таких молекул будет менее 1% всех плазмид. Вероятность образования плазмид из 4 и более фрагментов ещё на порядок ниже и их обнаружение при данном числе полученных трансформированных клеток нереально. А. Так как расщепление рестриктазой не затрагивает ген устойчивости к ампицилину, все клетки, в результате трансформации получившие любую плазмиду, будут устойчивы к ампицилину и вырастут на среде с этим антибиотиком. Таким образом из 33506 выросших колоний плазмиду получили 578, выросших на ампицилине. Эффективность трансформации представляет долю трансформированных клеток от общего их числа, т.е. 573 : 51366 × 100% = 1.12% Б. На эритромицине могут вырасти только те клетки, в которые попали плазмиды, в которых в результате лигирования восстановится последовательность нуклеотидов в гене устойчивости к этому антибиотику, расщеплённому рестриктазой. Остальные плазмиды, полученные по приведённой методике, будут содержать либо ген с выщепленным коротким фрагментом, что приведёт либо к утрате стартового кодона (если обозначенный зелёным цветом кодон является стартовым), либо к сдвигу рамки считывания (т.к. число удалённых нуклеотидов не кратно трём), либо, при инверсии короткого фрагмента, к появлению стоп-кодонов т.е. прекращению синтеза белка. Таким образом большинство полученных плазмид не обеспечат устойчивости к эритромицину. В. Рост на эритромицине могут обеспечить только плазмиды, несущие восстановленную последовательность гена устойчивости. Такие плазмиды могли образоваться из одного большого и одного малого фрагмента (4200 пар, исходная плазмида)) или из двух больших и одного малого (8363 пары, начало и конец гена из разных копий большого фрагмента). Г. Получается 1 размер из одного большого фрагмента, два размерных класса из двух фрагментов и три размерных класса из трёх фрагментов, то есть 6 размерных классов. (В реальности различить по длине плазмиды, отличающиеся на длину малого фрагмента, т.е. менее чем на 0,5%, невозможно. Поэтому в эксперименте, например на электрофореграмме, будут видны лишь три размерных класса, соответствующие 1, 2 или 3 копиям большого фрагмента.)

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

По принципу комплементарности строим

Источник