Транскрипция и трансляция. Генетическая трансформация презентация

Центральная догма генетики

Функция промотера – место определения транскрипционных факторов
Транскрипционные факторы обеспечивают связь РНК полимеразы с промотером, формирующих закрытый промотерный комплекс
Вслед за связыванием ДНК денатурирует образуя открытый промотерный комплекс
Инициация
Элонгация
РНК полимераза скользит вдоль ДНК в открытом комплексе и синтезирует РНК транскрипт
Терминация
По достижению терминаторного сайта РНК полимераза отсоединяется от ДНК
Стадии транскрипции

Ген может быть определен как дискретный участок ДНК транскрибируемый в РНК
Ген так же называют транскрипционной единицей
Молекула РНК образующаяся на основе гена называется транскрипт
В процессе экспрессии гена, последовательности ДНК окружающие его определяют:
Силу экспрессии гена
Время экспрессии
Место (ткань или тип клеток) экспрессии гена
Структура гена
Транскрипция осуществляется большим ферментативным комплексом называемым РНК полимераза
В большинстве случаев РНК полимераза связывается со специфической последовательностью ДНК перед геном, называемой промотером
Промотер привлекает РНК полимеразу к гену и «сообщает» ферменту о гене

ДНК
Регуляторная последовательность: место прикрепления регуляторного белка, определяющего уровень транскрипции
Промотер: место прикрепления РНК полимеразы, определяет место начала транскрипции
Терминатор: определяет конец транскрипции
Организация гена и транскрипта простейших
мРНК
Рибосом связывающий сайт: место прикрепления к рибосоме, область начала трансляции мРНК
Старт кодон: определяет первую аминокислоту в полипептидной цепи, у высших - метионин
Кодоны: 3-х нуклеотидные последовательности мРНК, определяющие аминокислоты
Стоп кодон: определяет завершение – конец полипептидного синтеза

Синтез РНК транскрипта
РНК полимераза скользит вдоль ДНК, создавая открытый комплекс.
Матричная цепочка ДНК используется в качестве основы для синтеза комплементарной цепи мРНК
Правило комплементарности АУ/ГЦ

Анимация механизма транскрипции

Синтез РНК транскрипта
РНК полимераза скользит вдоль ДНК, создавая открытый комплекс.
Матричная цепочка ДНК используется в качестве основы для синтеза комплементарной цепи мРНК
Правило комплементарности АУ/ГЦ

Трансляция
Процесс синтеза белка на матричной РНК называется трансляцией

Модель бактериальной рибосомы
30S субъединица
50S субъединица
Рибосомная РНК (рРНК):
рибосома содержит 64% рРНК и 36% белка,
состоит из малой 30S и большой 50S субъединиц;
в цитоплазме рибосомы расположены группами, образуя полисомы

Трансляция
Субъединицы рибосомы
Большая
Малая
UAC
антикодон
мРНК
AUG
Старт кодон
UAG
Стоп кодон
1 Инициация
AUG
Старт кодон
2 Элонгация
3 Терминация
UAG
Стоп кодон
Полипептид
Инициация соединяет вместе тРНК, мРНК и рибосому
Аминокислоты присоединяются одна за другой, образуя полипептид
Считывание стоп кодона приводит к завершению синтеза

Анимация механизма трансляции

Трансляция
Субъединицы рибосомы
Большая
Малая
UAC
антикодон
мРНК
AUG
Старт кодон
UAG
Стоп кодон
1 Инициация
AUG
Старт кодон
2 Элонгация
3 Терминация
UAG
Стоп кодон
Полипептид
Инициация соединяет вместе тРНК, мРНК и рибосому
Аминокислоты присоединяются одна за другой, образуя полипептид
Считывание стоп кодона приводит к завершению синтеза

Структура тРНК
Транспортная РНК (тРНК):
Осуществляет транспортировку аминокислот к рибосоме
По трехмерной структуре тРНК напоминает форму клеверного листа
Для каждой из 20 аминокислот своя тРНК
Длина молекулы тРНК примерно 80 нуклеотидов
Антикодона определяет связываемую аминокислоту
Акцепторный сайт удерживает аминокислоту
Присоединение аминокислот к тРНК обеспечивает фермент аминоацил-тРНК-синтетаза.
А
Б

Структурные уровни формируемые белками
В зависимости от аминокислотной последовательности
Белковая субъединица

Генетический код
Генетический код триплетный -
каждая из 20 входящих в состав белков аминокислот кодируется тремя нуклеотидами (кодоном)
Ген. код вырожденный - одна аминокислота может быть закодирована не одним, а несколькими триплетами нуклеотидов, например, метионин кодируется одним кодоном АУГ, а валин - четырьмя кодонами ГУА, ГУЦ, ГУГ, ГУУ
Ген. код неперекрывающийся - началом старта считывания любого гена является кодон АУГ, задающий состав нуклеотидов последующих триплетов
Ген. код универсален для практически всех живых организмов, от бактерий до человека

Структура гена эукариот
Кодирующие участки гена – экзоны
Некодирующие участки гена – интроны
Участки некодирующей ДНК между генами – межгенная ДНК
Процессинг
Ген хромосомной ДНК, состоящий из промотера, экзонов и интронов, транскрибирутся в мРНК, содержащую кодирующие и некодирующие участки
Процессинг первичного транскрипта удаляет интроны и оставляет только экзоны
Белки образуются на основе кодирующих участков

Генетическая трансформация

Целевой ген
Традиционная селекция
Гибридизация традиционной селекции приводит к смешению генетической информации коммерческого сорта и растения -донора
Донор признака
Коммерческий сорт
Новый сорт
Желаемый ген
X
=
(скрещивания)
(передается множество генов)
Генетическая инженерия

Применение
Устойчивость к болезням
Устойчивость к вредителям
Устойчивость к гербицидам
Толерантность к засолению
Толерантность к загр. тяжелыми металлами
Улучшение питательных характеристик

Методы введения ДНК в клетки растений

Семядоли Vicia faba после
Бомбардировки микрочастицами
Генная пушка

Бактерия Agrobacterium tumefaciens – природный генетический инженер
Опухолеобразование на растении, вызванное A.tumefaciens
– Содержит плазмиду (~250kbp) называемую Tumor-inducing (Ti) плазмидой
• Часть Ti плазмиды переносится от бактериальной клетки в растительную T-DNA (Tumor DNA)
– T-DNA интегрирует в ДНК растения, вызывая опухолеобразование

Механизм трансформации растительных клеток Ti плазмидной ДНК A.tumefaciens в природных условиях

Система искусственной генетической трансформации
Регенерировавшее трансгенное растение
Кокульти-
вация
48 ч
+
Отмывание
эксплантов
Агрокультура
Каллус индуцирующая среда
Отбор трансгенных эмбриоидов
с использованием GFP/NPT II систем
Эмбрио стимулирующая среда
Эмбрио экспланты

Агроинфильтрация

Агроинфильтрация - шприцевание Agrobacterium с трансгенами в листья

Агроинфильтрованный табак

Power T via agroinfiltration

Генетически трансформированные растения

Снижает применение пестицидов при возделывании
Устойчивость к вредителям
Council for Biotechnology Information

Устойчивость к вирусным заболеваниям
Папая
Тыква

Увеличенное содержание β-каротина в рисе
Normal rice
Ye et al. (2000) Science 287: 303-305.

We need Factual Information about Biotechnology