4 слайд: Эдвин Чаргафф. Родился в 1905 году в городе Черновицы в Австро-Венгрии. Он учился в Венском университете, а после его окончания, в 1928 году, работал в Йельском университете. Затем вернулся в Европу, где работал в Берлинском университете (с 1930 по 1933 год) и в Пастеровском университете в Париже (с 1933 по 1934 год). В 1935 году Чаргафф переехал в США, где работал в Колумбийском университете профессором биохимии. В 1940 году учёный принял американское гражданство. Его интересы были сосредоточены на химии нуклеиновых кислот. В 1950 году Чаргафф установил закономерность, определяющую соотношения пуриновых и пиримидиновых оснований в молекулах ДНК и РНК, синтезируемых живыми организмами. Впоследствии установленная закономерность была названа «правилом Чаргаффа». Эту закономерность Джеймс Уотсон и Френсис Крик использовали при разработке двуспиральной модели молекулы ДНК.
5 слайд: «Тетрануклеотидная» теория. В ней ДНК состоит из повторяющихся блоков по четыре разных азотистых основания (А,Т,Г,Ц). Чаргаффу и сотрудникам удалось разделить нуклеотиды ДНК при помощи бумажной хроматографии и определить точные количественные соотношения нуклеотидов разных типов. Они значительно отличались от эквимолярных, которых можно было бы ожидать, если бы все четыре основания были представлены в равных пропорциях.
6 слайд: Правила Чаргаффа. В 1905 г. Эдвин Чаргафф обнаружил:
1.Число пуриновых оснований равно числу пиримидиновых оснований.
2.Число «А» = «Т», число «Г» = «Ц».
3.(А + Т) + (Г + Ц) = 100%
Соотношение (A+Т):(Г+Ц) может быть различным у ДНК организмов разных видов. У одних преобладают пары АТ, в других — ГЦ. Нуклеотидный состав ДНК разных биологических видов различен и характеризуется коэффициентом специфичности — соотношением А + Т/G + С.
Вывод: Правило Чаргаффа было очень важно для открытия структурной организации двойной спирали ДНК. Дело в том, что при образовании двойной спирали всегда напротив аденина в одной цепи устанавливается тимин в другой цепи, а напротив гуанина — цитозин, то есть цепи ДНК как бы дополняют друг друга.
Большинство природных молекул РНК являются одноцепочечными, правила Чаргаффа выполняются лишь для небольшого числа двухнитевых вирусных РНК.
7-8 слайды: Комплементарные пары нуклеотидов
7 слайд. Комплементарность - взаимное соответствие молекул, обеспечивающее образование связей между пространственно взаимодополняющими фрагментами.
Такое взаимодействие играет ключевую роль в ряде фундаментальных процессов хранения и передачи генетической информации: репликации ДНК, обеспечивающей передачу генетической информации при делении клетки, транскрипции ДНК в РНК при синтезе белков, кодируемых ДНК гена, хранении генетической информации в двухцепочечной ДНК и процессах репарации ДНК при её повреждении.
8 слайд. Принцип комплементарности используется в синтезе ДНК. Это строгое соответствие соединения азотистых оснований, соединёнными водородными связями, в котором: А-Т (Аденин соединяется с Тимином) Г-Ц (Гуанин соединяется с Цитозином)
Каждое основание на одной из цепей связывается с одним определённым основанием на второй цепи. Такое специфическое связывание называется комплементарным. Пурины комплементарны пиримидинам (то есть, способны к образованию водородных связей с ними): аденин образует связи только с тимином, а цитозин — с гуанином.
Комплементарность двойной спирали означает, что информация, содержащаяся в одной цепи, содержится и в другой цепи. Обратимость и специфичность взаимодействий между комплементарными парами оснований важна для репликации ДНК и всех остальных функций ДНК в живых организмах.
Так как водородные связи нековалентны, они легко разрываются и восстанавливаются. Цепочки двойной спирали могут расходиться как замок-молния под действием ферментов (хеликазы) или при высокой температуре. Разные пары оснований образуют разное количество водородных связей. АТ связаны двумя, ГЦ — тремя водородными связями, поэтому на разрыв ГЦ требуется больше энергии. Процент ГЦ пар и длина молекулы ДНК определяют количество энергии, необходимой для диссоциации цепей: длинные молекулы ДНК с большим содержанием ГЦ более тугоплавки.
Части молекул ДНК, которые из-за их функций должны быть легко разделяемы, например ТАТА последовательность в бактериальных промоторах, обычно содержат большое количество А и Т.
Вывод:ЗНАЧЕНИЕ КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ:
· репликация
· транскрипции
· хранении генетической информации
· процесс репарации ДНК при её повреждении
СЛАЙДЫ: ФОРМЫДНК
9 СЛАЙД. В зависимости от концентрации ионов и нуклеотидного состава молекулы, двойная спираль ДНК в живых организмах существует в разных формах.
10 СЛАЙД. Правые спирали образуют два семейства: А-семейство (конформация сахарных остатков С3'-эндо) и В-семейство (конформация сахарных остатков С2'-эндо). В-семейство включает также С- и D-ДНК.
11-12 СЛАЙД. A-ДНК — одна из форм молекулы ДНК. Представляет собой правозакрученную двуспиральную молекулу ДНК. На каждом витке имеется 11 пар оснований. По сравнению с B-формой, имеет более компактную форму, нуклеотидная цепь наклонена вдоль продольной оси молекулы. Преобладает в концентрированных растворах с высокой ионной силой либо в сухой ДНК. Биологическая роль - А-форма ДНК необходима в тех процессах, где образуются ДНК-РНК комплексы, так как РНК может принимать только А-форму спирали из-за ОН-группы. Также А-форма устойчивее к УФ-излучению, и поэтому споры грибов содержат именно такую форму.
13 СЛАЙД. Б-ДНК - Наиболее распространенной является В-форма. В этой форме находится основная часть ДНК в клетках. При такой организации плоскости азотистых оснований практически перпендикулярны оси двойной спирали, и каждая пара повёрнута относительно предыдущих на 36. На один виток спирали приходится примерно 10 нуклеотидных пар (9,7 и 10,6 в различных кристаллах)[1], а длина составляет 3,4 нм.
14 СЛАЙД. В-семейство Для этого семейства характерно структурное разнообразие. ДНК со случайными последовательностями могут находиться в В-,С-,D- и других конформационных состояниях. На структуру ДНК влияют тип и концентрация катионов, а также температура. На виток приходится 10 пар нуклеотидов. Участвует в репликативных процессах. С-форма в хранении информации.
15 СЛАЙД. Помимо В-формы и А-формы встречается также Z-форма двуцепочечной ДНК. В отличие от первых двух, она представляет собой левозакрученную спираль с длиной витка 4,4 нм, на который приходится 12 нуклеотидных пар, диаметр спирали 18 нм. Такое конформационное состояние двухцепочечной молекулы ДНК, существует при очень высоких концентрациях солей или в присутствии этанола.Наличие ДНК в Z-форме характерно для некоторых энхансеров (Энхансер — небольшой участок ДНК, способный связываться с факторами транскрипции, при этом увеличивая уровень транскрипции гена или группы генов.). Также такая форма может образовываться за работающей РНК-полимеразой в результате отрицательной сверхспирализации молекулы
ВЫВОД: При исследовании ДНК различными методами обнаружено наличие различных форм ДНК образуемые при различных условиях (концентрации солей, влажность), некоторые из которых способны существовать в живых организмах.
СЛАЙДЫ: ПАЛИНДРОМЫ
16 СЛАЙД. Палиндромы - это относительно короткие взаимно комплементарные участки, имеющие «зеркальные» последовательности нуклеотидов, которые могут образовывать две цепочки. Они способны обеспечивать увеличения объема информации без увеличения числа нуклеотидов.
17 СЛАЙД. Палиндромные последовательности азотистых оснований, которые являются сайтами узнавания (распознавания) рестрикции ДНК, «рационализуют» (усовершенствуется) действие системы рестрикции-модификации (разрезания ненаследственного изменение признаков организма).
Считается, что ферменты, аналогичные рестриктазам, скользят вдоль ДНК, и палиндромность
сигнальных последовательностей вдвое повышает скорость нахождения нужного участка.
Палиндромные последовательности — это последовательности оснований, которые одинаково читаются вперед и назад, как, например, последовательность букв радар. Поскольку цепи ДНК обладают антипараллельным направлением, то считают, что последовательность является палиндромной, если она идентична, когда читается в направлении от 5'- к 3'-концу на верхней и 3'- к 5'-концу на нижней цепи.
Палиндромы могут быть любых размеров, но большинство тех палиндромов, которые используют в качестве сайтов узнавания рестриктазами (ферменты класса гидролаз, которые распознают определенные нуклеотидные последовательности и расщепляют молекулы ДНК), состоят из 4, 5, 6 и реже 8 оснований.
18 СЛАЙД. Палиндромную ДНК можно найти в большинстве геномов или набор генетических указаний.
Палиндромы сделаны по заказу нуклеотидов, которые определяют комплекс химических веществ (белков). Последние исследования секвенирование генома проекта обнаружили, что многие из оснований на хромосоме Y расположены так, как палиндромы. Структура палиндром позволяет Y хромосоме к самовосстановлению путем сгибания в середине, если одна сторона повреждена.
ВЫВОД: Именно благодаря наличию палиндромных участков в ДНК молекулы рРНК и тРНК образуют двухцепочечные фрагменты (шпильки), перемежающиеся с одноцепочечными петлями.