Хроматида
Хроматида
Центромера
Каждая хроматида – это одна цельная молекула ДНК + структурирующие её белки.
1 уровень компактизации
Нуклеосома
11 нанометров
ДНК
2,2—2,4 нанометров
ДНК наматывается на бусины — белки гистоны. Вокруг каждой она оборачивается 1,75 раз. Образуется нуклеосомная нить.
Это уплотняет ДНК в 6—7 раз.
2 уровень компактизации
Фибрилла
30 нанометров
Нуклеосома
11 нанометров
Нулкосомная нить спирально скручивается в волокно — фибриллу. В каждый виток укладывается 6—7 нуклеосом.
Этот уровень уплотняет ДНК еще в 5—6 раз.
3 уровень компактизации
Петли
100 нанометров
Фибрилла
30 нанометров
Фибрилла укладывается петлями, которые фиксируются белковым скелетом.
Здесь длина ДНК сокращается еще в 25 раз.
4 уровень компактизации
Хроматида
700 нанометров
Фибрилла
30 нанометров
Петли спирализуются в плотную нить.
ДНК тут уплотняется еще в 10 раз.
Что
ИЗ СЕБЯ
2
представляет
хромосома?
Каждая хромосома состоит из 2-х хроматид. Это две идентичные молекулы, соединенные между собой белковым комплексом — центромерой.
Суммарная длина нити ДНК двойного набора хромосом человека составляет около 2 м. Однако она настолько тонка и так плотно упакована, что помещается в клеточном ядре, размер которого около 7 микрометров. Такой эффект достигается благодаря нескольким уровням компактизации.
1 нанометр —
это одна миллиардная метра.
1 микрометр —
это одна миллионная метра.
5 уровень компактизации
Хромосома
1400 нанометров
Хроматида
700 нанометров
Нити плотно упаковываются в хромосому
в форме буквы Х с неравными плечами.
Линейная длина ДНК сокращена в 100000 раз.
Хромосома:
ДНК
40%—
и 60%—СТРУКТУ
белки
рирующие
Такой плотной упаковке ДНК подвергается только в фазе деления клетки. Именно тогда хромосома принимает свою узнаваемую форму и становится видна в микроскоп.
В остальное время для успешного протекания всех процессов хромосоме необходимо декомпактизоваться.
Но ДНК в ядре никогда не бывает полностью вытянутой и всегда в той или иной степени упакована.
Скачать постер
Компактизация ДНК в хромосоме
А3
297 х 420 мм
Визуализация уровней компактизации ДНК
© wehi.tv
Генетическая информация
в днк кодируется всего лишь
4 нуклеотидами
Нуклеотиды соединены в две цепочки очень прочными ковалентными связями.
Нуклеотиды из соседних цепочек попарно соединяются слабыми водородными связями.
Две цепочки обвиваются одна вокруг другой. ДНК, состоящая из одной цепочки, не изгибается таким образом. Изгиб - следствие соединения нуклеотидов.
Адеин
Тимин
Гуанин
Цитозин
Эти связи очень слабы, поэтому могут легко разделяться и снова соединяться. Этот факт очень важен для жизнедеятельности клетки.
Напротив G всегда стоит C
Этот принцип называется комплементарностью.
В двойной спирали напротив А всегда стоит Т
В каждый виток умещаются 10,5 пар нуклеотидов. Один виток имеет длину 3,6 нанометров.
ДНК состоит из нуклеотидов — сложных органических соединений.
Запомним его, он очень важен.
Что
3
ИЗ СЕБЯ
представляет
ДНК?
Эту проблему решает молекула мРНК, или матричная РНК. Она выступает в роли транспорта, который переносит информацию ДНК из ядра в цитоплазму.
Переносится именно информация, а не сама ДНК!
ДНК — это книга чертежей для
строительства всего в клетке. Она обитает в ядре.
Но большинство строительных процессов протекают вне ядра, в цитоплазме клетки. Чертежи нужны именно здесь.
каким
4
это
образом
работает?
Вместе с ДНК в ядре обитает особый фермент — РНК-полимераза.
Он прикрепляется к ДНК в специальных местах, называемых промоторами. В этом месте две цепочки ДНК временно разделяется.
РНК-полимераза прекращает строить цепочку, когда встречает другой специальный участок.
Получившаяся цепочка и есть
мРНК — молекула, которая перенесёт информацию из ядра в пространство клетки.
После транскрипции мРНК подвергается нескольким последовательным модификациям, которые называются вместе процессингом. Только правильно прошедшая его мРНК называется зрелой и экспортируется из ядра в цитоплазму.
Теперь начинается процесс, который называется транскрипцией:
РНК-полимераза продвигается вдоль ДНК и строит рядом новую цепочку,
комплементарную исходной.
Однако в принципе комплементарности здесь одно изменение — нуклеотид Т заменяется на U (урацил).
Длина мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч нуклеотидов.
мРНК имеет вид не двойной спирали, а одной длинной причудливо скрученной цепочки.
1
2
3
4
5
6
транскрипция:
ДНК — книга чертежей для строительства всего в клетке
РНК-полимераза —
копировальный аппарат
мРНК — копия одного конкретного чертежа
Визуализация
Относительные формы, размеры и динамика в реальном времени отражены максимально точно. Основано на рентгеновских кристаллографических моделях и других опубликованных научных данных.
© wehi.tv
как
мРНК
5
переносит
информацию?
Рибосома двигается вдоль цепочки мРНК, считывая за раз 3 нуклеотида. Эта тройка нуклеотидов называется кодон.
3
4
По каждому кодону рибосома берёт одну аминокислоту и добавляет её в цепочку к предыдущим.
Аминокислоты — это небольшие молекулы, примерно такой же сложности что и нуклеотиды.
Всего в трансляции участвуют 20 разных аминокислот.
Рибосомы присоединяются
к мРНК и начинается процесс, который называется трансляция.
2
Так кислота за кислотой строится белок. Рибосома прекращает свою работу, когда встречает стоп-кодон. Тогда белок отсоединяется, а рибосома покидает мРНК.
5
Белки бывают разной длины. Инсулин содержит 51 аминокислоту. А самый большой из известных белков — титин камбаловидной мышцы человека — состоит из 38 138 аминокислот.
трансляция:
мРНК —
чертеж одного белка
Рибосома — сборщик, который согласно чертежу соединяет
детали-аминокислоты
Детали-аминокислоты собираются в итоговую конструкцию — белок
Визуализация
Относительные формы, размеры и динамика в реальном времени отражены максимально точно. Основано на рентгеновских кристаллографических моделях и других опубликованных научных данных.
© wehi.tv
что
дальше
6
происходит
с мРНК?
Когда мРНК покидает ядро и выходит в цитоплазму клетки, она встречается с рибосомами — молекулярными фабриками по строительству белков.
1
4
3
64
=
20
Значит, чтобы их закодировать нужно 20 разных кодонов.
А сколько у нас есть?
Считаем.
нуклеотида:
A, G, U, C
нуклеотида в кодоне
Столько у нас возможных комбинаций кодонов
аминокислот всего имеется в наличии
Если бы кодон состоял из 2-х нуклеотидов, то получалось бы только 16 разных сочетаний (4 в степени 2). Для 20-ти аминокислот этого недостаточно. А 3 кодона дают нужное количество сочетаний, пусть и с избытком.
Итак, тройка нуклеотидов, которую за раз считывает рибосома, называется кодон.
Генетический код — это правило соответствия: какой кодон означает какую аминокислоту.
В природе встречаются небольшые отклонения от стандартного генетического кода. Например, у некоторых инфузорий стоп-кодоны могут кодировать аминокислоту глутамин, а у бактерий рода Mycoplasma стоп-кодон UGA кодирует триптофан.
Если не учитывать митохондрии, у большинства организмов генетический код один и тот же.
Это значит: если в теле человека рибосома, встретив кодон GCG, построит аминокислоту аргинин, то у шимпанзе рибосома тоже построит аргинин при встрече
с этим кодоном.
И у червяка
И у огурца
И у кишечной палочки
На земле существует огромное количество живых организмов. Они устроены и функционируют по-разному. Но на уровне кода почти всё живое написано на одном языке.
И язык этот очень компактный.
В таблице
А3 — 297 х 420 мм
Скачать постер
В схемах и картинках
А3 — 297 х 420 мм
Скачать постер
А3 — 420 х 297 мм
Скачать постер
теперь
ЧТО
7
со всем
этим
делать?
Теперь мы знаем достаточно чтобы перейти к самому интересному — к генетическому коду, генам и их редактированию.
генетический код
для
един
большинства ОРГАНИЗМОВ
стандартный
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ
код:
Аминокислота
Кодон
Аланин
Аргинин
Аспарагин
Аспарагиновая кислота
Валин
Гистидин
Глицин
Глютамин
Глютаминовая кислота
Изолейцин
Лейцин
Лизин
Метионин
Пролин
Серин
Тирозин
Треонин
Триптофан
Фенилаланин
Цистеин
GCU, GCC, GCA, GCG
CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG
AAU, AAC
GAU, GAC
GUU, GUC, GUA, GUG
CAU, CAC
GGU, GGC, GGA, GGG
CAA, CAG
GAA, GAG
AUU, AUC, AUA
UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
AAA, AAG
AUG
CCU, CCC, CCA, CCG
UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
UAU, UAC
ACU, ACC, ACA, ACG
UGG
UUU, UUC
UGU, UGC
Так как кодонов сильно больше чем нужно, то одна и та же аминокислота кодируется несколькими разными кодонами. Но не наоборот!
Еще есть стоп-кодоны, которые дают рибосоме сигнал прекратить строить белок: UGA, UAG, UAA.
Помимо этих 20-ти аминокислот в некоторых белках присутствуют нестандартные аминокислоты, возникающие из стандартных в процессе модификаций после трансляции. Это селеноцистеин и пирролизин, так называемые 21-я и 22-я аминокислоты.