1625914757-8aba282c54d2a3a371a92e361d6fe93d (843812)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮНОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТФакультет естественных наукП. Е. ВОРОБЬЕВ, Д. О. ЖАРКОВОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИУчебное пособиеНовосибирск2009ББК Е070я73-1УДК 577.2В751Воробьев П. Е., Жарков Д. О. Основы молекулярной биологии: Учеб.пособие / Новосиб. гос.
ун-т. Новосибирск, 2009. 162 с.ISBN 978-5-94356-845-9Учебное пособие предназначено для студентов-химиков 3-го курсафакультета естественных наук Новосибирского государственного университета, изучающих молекулярную биологию. Оно также может быть использовано студентами-химиками 4–5 курса (специальность «Молекулярная биология») и студентами-биологами. Пособие может быть полезнымдля преподавателей, аспирантов и научных сотрудников химического ибиологического профиля других вузов, для подготовки к вступительномуэкзамену в аспирантуру и к сдаче кандидатского минимума. Пособиевключает в себя материалы по структуре белков и нуклеиновых кислот,методам исследования и химического синтеза нуклеиновых кислот и белков, и процессам хранения и реализации генетической информации.Рецензентпроф.
С. Д. МызинаОдобрено методическим советом факультета естественных наук Новосибирского государственного университета.Издание подготовлено в рамках выполнения инновационнообразовательной программы «Инновационные образовательные программы и технологии, реализуемые на принципах партнерства классическогоуниверситета, науки, бизнеса и государства» национального проекта «Образование» и при поддержке базовой кафедры Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.ISBN 978-5-94356-845-9© Новосибирский государственныйуниверситет, 2009© Воробьев П. Е., Жарков Д.
О., 20092ВведениеМолекулярная биология – это наука, задача которой в целом заключается в познании природы явлений жизнедеятельности на молекулярномуровне. Конечной целью при этом является выяснение того, каким образомтакие характерные проявления жизни, как наследственность, воспроизведение себе подобного, биосинтез белков, возбудимость, рост, развитие,хранение и передача информации, превращения энергии, подвижностьи т.
д., обусловлены структурой, свойствами и взаимодействием молекулбиологически важных веществ, в первую очередь двух главных классоввысокомолекулярных биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. После возникновения молекулярной биологии в середине XX в. взрывообразный рост информации и специализация этой области науки привели к тому, что исследования на молекулярном уровне стали вести практически вовсех областях традиционной биологии, в особенности в биохимии, цитологии, микробиологии и т.
п. Поэтому в настоящее время область молекулярной биологии часто ограничивают исследованиями протекающих намолекулярном и субклеточном уровнях процессов хранения, передачи,реализации и изменения генетической информации, тем самым сужая этудисциплину до одного из ее подразделов – молекулярной генетики.Понятие генетической информации является центральным в молекулярной биологии. Генетическую информацию можно сравнить с текстом,записанным линейной последовательностью четырех символов – оснований ДНК (или в редких случаях РНК). Все процессы реализации этой информации связаны с однозначным переводом текста в текст, записанныйдругими символами (например, основаниями РНК или аминокислотамибелка), а также со взаимодействием созданных таким образом макромолекул с другими молекулами. В 1958 г.
Ф. Крик сформулировал набор принципов, который называется «центральной догмой молекулярной биологии» (рис. 1). Согласно центральной догме, передача генетической информации может осуществляться лишь в направлении ДНКДНК (при копировании генетической информации) или ДНКРНКбелок (при реализации генетической информации). Такие процессы, в ходе которых осуществляется однозначное копирование генетической информации или ее перевод из одной формы в другую, носят название матричных. Впоследствиибыли открыты матричные процессы обратной транскрипции, в ходе которой генетическая информация передается в направлении РНКДНК, ирепликации РНК (передача в направлении РНКРНК), но они имеют место только в редких случаях, в жизненном цикле ряда вирусов. Матричнаяпередача генетической информации как линейного текста в направленииот белка к белку или нуклеиновым кислотам невозможна.3Рис.
1. Центральная догма молекулярной биологии: современная схемаПомимо текста генетической информации, важную роль в живых системах играет так называемая эпигенетическая информация – совокупностьдостаточно стабильных ковалентных и нековалентных взаимодействий сучастием молекулы ДНК, не изменяющих самого текста, но влияющих напроцессы реализации генетической информации. В качестве примеровэпигенетической информации, которая может даже передаваться из поколения в поколение, можно привести метилирование отдельных участковДНК или их упаковку в нуклеосомы и структуры высшего порядка; этивзаимодействия значительно влияют на скорость транскрипции генов, расположенных в соответствующих участках ДНК.
Передача эпигенетической информации осуществляется не матричным путем, а при участиисложных клеточных регуляторных систем.На сегодняшний день можно выделить несколько молекулярнобиологических процессов, входящих в центральную догму либо дополняющих ее при реализации генетической информации. Репликация (передача генетической информации в направлении ДНКДНК), транскрипция(передача генетической информации в направлении ДНКРНК) и трансляция (передача генетической информации в направлении РНКбелок)вместе образуют основной поток генетической информации, а уже упоминавшиеся обратная транскрипция и репликация РНК дополняют его вособых случаях.
На уровне ДНК осуществляется ряд процессов, механизмкоторых в той или иной мере опирается на возможность матричного синтеза ДНК: репарация (восстановление целостности ДНК при ее повреждениях), рекомбинация (обмен генетическим материалом между ДНК похожих последовательностей), транспозиция (перемещение либо копирование4части ДНК из одного места в другое), интеграция (встраивание постороннего фрагмента в ДНК) и различные хромосомные перестройки, представляющие собой совокупность этих процессов.
На уровне РНК на матричныемеханизмы опирается процесс РНК-интерференции – регуляции функцийопределенных РНК другими РНК, частично комплементарными первым.Наконец, белки могут изменять генетический текст в молекулах ДНК иРНК различными способами: все описанные выше молекулярнобиологические процессы, а также нематричные процессы сплайсинга РНКи редактирования РНК (изменения последовательности РНК путем удаления части ее или химической модификации отдельных нуклеотидов), заочень редкими исключениями, происходят не сами по себе, а с участиембелковых компонентов.Можно считать, что установление механизмов передачи и реализациигенетической информации началось в XIX в. с открытием Г. Менделемпервых законов генетики. Результаты Менделя и независимые более поздние работы К.
Корренса, Г. де Фриза и Э. Чермака позволили сформулировать постулаты классической генетики, с которых началось современноепонимание молекулярных основ наследственности:1. Существуют единицы наследственной информации (гены), проявляющиеся на наблюдаемом внешнем (фенотипическом) уровне и передающиеся из поколения в поколение.2. Один ген может существовать в нескольких вариантах (аллелях).3. По отношению друг к другу аллели в своем проявлении на фенотипическом уровне могут быть доминантными и рецессивными.Первоначально законы Менделя были сформулированы для полностьюнезависимого наследования и комбинирования генов, однако в 1906 г.У. Бэтсон и Р.
Пеннет в опытах по скрещиванию растений обнаружили унекоторых генов тенденцию передаваться совместно. Объяснение этомувскоре дал Т. Морган, открывший такое же явление у дрозофилы. Онпредположил, что гены объединены в физически сцепленные структуры,которые впоследствии были отождествлены с наблюдаемыми клеточнымиструктурами – хромосомами. Более того, анализ редких событий кроссинговера – расщепления совместно наследуемых групп в процессе мейоза,сопровождающего образование гаплоидных гамет из диплоидных половыхклеток, – позволил Моргану сформулировать идею о том, что гены в хромосоме расположены линейно и что вероятность кроссинговера зависит отрасстояния между ними (рис.
2). В результате, сравнивая частоты кроссинговера между разными генами, оказалось возможным построить для разных видов живых организмов подробные генетические карты хромосом,отражающие реально существующий линейный порядок генов в них.5Рис. 2. Расщепление совместно наследуемых групп при кроссинговереНесмотря на успехи классического генетического подхода, химическаяприрода наследственности оставалась неясной. Например, Н. К.
Кольцов,первым в 1928 г. разработавший гипотезу матричной репродукции хромосом, полагал, что генетическим материалом служат молекулы белков. ДНКбыла открыта Ф. Мишером еще в 1868 г. в клетках гноя и молоках лосося,но рассматривалась как полимер сравнительно простой структуры, который не может нести значительного объема информации. Роль ДНК какносителя генетической информации была доказана в нескольких экспериментах, ставших классикой молекулярной биологии.В 1928 г. Ф. Гриффит провел эксперимент по заражению мышей разными штаммами бактерии – возбудителя пневмонии Streptococcuspneumoniae (рис. 3). Летальный для мышей штамм S (англ.
smooth – «гладкий») при росте на чашках Петри образует колонии с гладкой блестящейповерхностью. После гибели мышей из их тканей можно выделить бактерии, также принадлежащие к штамму S. Другой штамм, R (англ. rough –«шероховатый»), несет мутацию в гене, контролирующем синтез ферментаUDP-глюкозодегидрогеназы, необходимого для образования полисахаридной стенки бактериальной клетки. Из-за этого он образует шероховатыеколонии на чашках Петри и не убивает мышей при заражении, посколькуинактивируется их иммунной системой. Гриффит обнаружил, что тепловаяинактивация штамма S также приводит к тому, что он перестает заражатьмышей и не выделяется из их тканей. Однако при смешивании живогоштамма R и инактивированного штамма S мыши гибли, а из их тканей выделялся живой штамм S. Таким образом, при совместной инкубации из6убитых клеток штамма S в живые клетки штамма R переходило некое вещество, которое придавало штамму R патогенные свойства и котороеГриффит назвал «трансформирующим началом».
Оказалось также, чтобесклеточный экстракт штамма S также был способен трансформироватьштамм R. Однако природу трансформирующего начала Гриффит не определил.Рис. 3. Схема опытов Гриффита и Эйвери по доказательству роли ДНК как носителя генетической информацииК следующему этапу исследований относятся работы О. Эйвери,К. Маклеода и М. Маккарти (1944 г.), которые осуществили фракционирование бесклеточного экстракта штамма S на белки, ДНК, РНК, полисахариды и т. д. (рис. 3). Из этих фракций свойствами трансформирующегоначала обладала только фракция, содержащая ДНК, а при обработке фер7ментами, разрушающими ДНК, способность к трансформации терялась.Это указывает на то, что ДНК представляет собой наследственный материал.Рис. 4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
