Курс Прикладная молекулярная биология Преподаватель: д.б.н., профессор Миронов Александр Сергеевич 1. Введение. Предмет, задачи и методы молекулярной биологии и генетики. 2. Молекулярные основы наследственности 2.1. Различные виды нуклеиновых кислот 2.2. Транскрипция 2.3. Трансляция 2.4. Репликация ДНК 2.5. Рекомбинация 2.6. Репарация ДНК 3. Мутационный процесс 4. Внехромосомные генетические элементы 5. Исследование структуры и функции гена 6. Регуляция экспрессии генов 7. Основы генной инженерии.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ 1859 Charles Darwin публикация «О происхождении видов» 1865 Gregor Mendel принципы расщепления и независимого наследования признаков 1869 Friedrich Miescher открытие ДНК 1900 H. de Vries, C.Correns, E. von Tschermak переоткрытие законов Менделя 1902 Archibald Garrod о генетической природе заболеваний человека 1902 Walter Sutton, Theodor Boveri предложили хромосомную теорию Thomas Hunt Morgan, C. Bridges гены расположены на хромосомах 1913 A.H. Sturtevant сконструировал первую генетическую карту 1927 H.J. Muller индуцировал мутации рентгеновскими лучами 1931 H.Creighton, Barbara McClintock физические доказательства рекомбинации 1941 G. Beadle, E.L. Tatum гипотеза один ген – один фермент 1944 O. Avery, C. McLeod, M.McCarty ДНК – носитель генетической информации 1953 James Watson, Francis Crick расшифровка структуры ДНК 1958 M. Meselson, F.Stahl доказательства полуконсервативной репликации ДНК 1961 S.Brenner, F.Jacob, M.Meselson открытие мРНК, теория оперона 1966 M.Nirenberg, G.Khorana завершение расшифровки генетического кода 1970 Hamilton Smith открытие ферментов – рестриктаз 1972 Paul Berg первая рекомбинантная ДНК in vitro 1972 Gobind Khorana синтез полноразмерного гена тРНК 1973 H.Boyer, S.Cohen первое применение плазмид для клонирования ДНК 1977 W. Gilbert and F. Sanger метод секвенирования ДНК 1977 F.Sanger, P.Sharp, R. Roberts и др. открытие интронов 1988 Kary Mullis разработка метода ПЦР 1995 C.Venter, H.Smith секвенирование первых геномов: Hemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium 1997 F. Blattner, T. Honuchi и др. секвенирование генома Escherichia coli 1997 Ian Wilmut и др. клонировали овечку Долли из клеток молочной железы 2001 C.Venter, F.Collins и др. расшифрован геном человека

ОСНОВАТЕЛЬ ГЕНЕТИКИ – ГРЕГОР МЕНДЕЛЬ

ПЕРЕОТКРЫТИЕ ЗАКОНОВ МЕНДЕЛЯ

ПРИМЕРЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ

ХРОМОСМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ – Т.Г.МОРГАН

ДНК – носитель наследственности ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ДНК – НОСИТЕЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

1 ГЕН 1 ФЕРМЕНТ ЦЕНТРАЛЬНАЯ ДОГМА МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ ТЕОРИЯ ОДИН ГЕН – ОДИН ФЕРМЕНТ

РАСШИФРОВКА СТРУКТУРЫ ДНК

Сравнительные размеры биологических объектов

СРАВНЕНИЕ РАЗМЕРОВ БАКТЕРИЙ И ВИРУСОВ

Сравнительные размеры геномов вирусов, про- и эукариот

Хронология секвенирования геномов

СТРОЕНИЕ КЛЕТОК ПРО- и ЭУКАРИОТ

Тип макромолекул% от общего сухого веса Мол.вес (Да)Число молекул на клетку Кол-во разных молекул Белки х >1500 РНК 23S Рибосомные 16S 5S тРНК мРНК х х x x x > ~60 ~600 ДНК x Липиды Липополисахариды Пептидогликан2.5(900)n11 Гликоген x Всего макромолекул:96.1 Растворимые молекулы2.9 Неорганические ионы1.0 Общий вес100.0 Общий молекулярный состав клетки

Элементы аппаратаПрокариотыЭукариоты Гены Строение НепрерывныОбычно содержат интроны. СтабильностьСтабильныВозможны перестройки. Координация Гены образуют опероны Оперонов нет. У индуцибельных генов экспрессии имеются регуляторные элементы. Транскрипция Число РНК- полимераз Одна, распознает промоторТри, распознают промотор с помощью с помощью -субъединицы транскрипционных факторов. Промоторы Единый план строения; Промотоы генов, кодирующих белки, наличие двух консервативных имеют одну консервативную TATA- последовательностей: TATAAT последовательность, а также (-10) и TTGACA (-35) мозаичный набор из разных боксов. Терминатор транскрипции GC-богатая шпилька в мРНК и затем Сайт AAUAAA в конце мРНК последовательность из поли-U. является сигналом для отщепления Иногда зависит от факторов концевой части транскрипта и терминации (Rho). полиаденилирования мРНК. мРНК Коллинеарна гену или оперону Первичный транскрипт коллинеарен гену; на 5-конце находится 7-метил- гуанозин, а на 3-конце – полиадени- ловая цепочка. Зрелая мРНК образует- ся в процессе сплайсинга. Трансляция Рибосомы 70S (50S + 30S)80S (60S + 40S) Cайт связывания Последовательность AAGGAGGU Посадка 40S опосредована кэп-сайтом. рибосом (SD) и первые кодоны гена.Сборка целой рибосомы происходит на сайте GCC(A/G)CCAUGG, включающем инициирующий кодон. Инициирующие кодоны AUG, иногда GUG или UUGAUG Терминирующие кодоны UAG, UAA, UGAUAG, UAA, UGA

ПРОКАРИОТЫ

ЭУКАРИОТЫ Открытие интронов: P.Sharp и R.Roberts 1977 г. (Нобелевская премия 1993 г.)