Презентация по молекулярной генетике для магистров первого года обучения на тему "Введение в цитологию. Молекулярная генетика" (1 курс магистратуры)

• 1 слайд

  Никола Тесла,
  изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик.
  Действие даже самого крохотного существа приводит к изменениям во всей Вселенной.
  
  Матвеенко Ольга Альбертовна
  

• 2 слайд

  План лекции:
  I. Введение в цитологию
  a) Клеточная теория
  b) Типы клеток и тканей
  c) Органоиды клетки
  II. Основы молекулярной биологии
  a) ДНК. Структура и свойства. Понятие гена.
  b) Основная догма молекулярной биологии.
  c) Мутагенные воздействия на клетку и их последствия.
  
  

• 3 слайд

  I. Введение в цитологию
  a) Клеточная теория
  ЦИТОЛОГИЯ - наука о клетке.
  
  Клетки – это структурные единицы организмов. Впервые этот термин употребил Роберт Гук в 1665 году.
  К XIX веку усилиями многих учёных сложилась клеточная теория.
  
  
  

• 4 слайд

  Основные положения
  клеточной теории:
  
  клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов;
  клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности;
  каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
  в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены системам регуляции.
  
  

• 5 слайд

  b) Типы клеток и тканей
  

• 6 слайд

  c) Органоиды клетки
  

• 7 слайд

  Клеточная мембрана – ультрамикроскопическая плёнка (биополимер), состоящая из двух мономолекулярных слоев белка и расположенного между ними бимолекулярного слоя липидов.
  Функции плазматической мембраны клетки:
  Барьерная.
  Связь с окружающей средой (транспорт веществ).
  Связь между клетками тканей в многоклеточных организмах.
  Защитная.
  СТРОЕНИЕ
  Состав и строение клеточной мембраны
  

• 8 слайд

  Важной проблемой является транспорт веществ через плазматические мембраны. Он необходим для доставки питательных веществ в клетку, вывода токсичных отходов, создания градиентов для поддержания нервной и мышечной активности. Существуют следующие механизмы транспорта веществ через мембрану:
  
  Функции:
  Диффузия
  Осмос
  Активный транспорт
  Транспорт веществ через мембрану
  

• 9 слайд

  диффузия обеспечивает перемещение маленьких, незаряженных молекул по градиенту концентрации между молекулами липидов (газы, жирорастворимые молекулы проникают прямо через плазматическую мембрану);
  при облегчённой диффузии растворимое в воде вещество (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) проходит через мембрану по особому каналу, создаваемому белком-переносчиком;
  осмос (диффузия воды через полупроницаемые мембраны);
  Процессы не требуют дополнительной энергии.
  Диффузия, осмос
  

• 10 слайд

  
  активный транспорт - перенос молекул Na+ и K+, H+ из области с меньшей концентрацией в область с большей (против градиента концентраций) посредством специальных транспортных белков.
  
  Пример – калий – натриевый насос;
  эндоцитоз и экзоцитоз;
  захват клетками щитовидной железы ионов йода из крови против градиента концентрации в 1000 раз.
  Процесс требует затраты энергии АТФ.
  
  
  
  Активный транспорт
  

• 11 слайд

  При эндоцитозе мембрана образует впячивания, которые затем трансформируются в пузырьки или вакуоли.
  ! процесс требует дополнительной энергии
  
  Различают:
  фагоцитоз – поглощение твёрдых частиц (например, лейкоцитами крови);
  пиноцитоз – поглощение жидкостей.
  Эндоцитоз
  

• 12 слайд

  экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу; из клеток выводятся непереварившиеся остатки твёрдых частиц и жидкий секрет.
  ! процесс требует дополнительной энергии
  Экзоцитоз
  

• 13 слайд

  Хищная инфузория дидиниум поедает инфузорию-туфельку
  

• 14 слайд

  Цитоплазма – это полужидкая среда клетки, в которой располагаются органоиды.
  Цитоплазма состоит из воды и белков.
  Цитоплазма способна двигаться со скоростью до 7 см/час.
  
  Органоиды - это постоянные клеточные структуры,
  каждая из которых выполняет свои функции
  Циклоз – это движение цитоплазмы внутри клетки
  СЕТЧАТЫЙ
  ЦИКЛОЗ
  КРУГОВОЙ
  ЦИКЛОЗ
  Эндоплазматическая
  сеть
  Цитоплазматический
  матрикс
  Рибосомы
  Клеточный центр
  Митохондрии
  Аппарат Гольджи
  Пластиды
  Лизосомы
  Цитоплазма
  

• 15 слайд

  1. Основное вещество цитоплазмы – гиалоплазма (существует в двух формах: золь - более жидкая и гель – более густая.
  2. Органеллы – постоянные компоненты.
  3. Включения –временные компоненты.
  
  Свойство цитоплазмы – циклоз (постоянное движение)
  Цитоплазма
  

• 16 слайд

  Состав и строение:
  2 Мембраны
  Наружная
  Внутренняя (образует выросты – кристы)
  Матрикс
  В матриксе митохондрии
  (полужидком веществе) находятся
  ферменты, рибосомы, ДНК, РНК.
  Число митохондрий в одной клетке от
  единиц до нескольких тысяч.
  Функции:
  Синтез АТФ,
  Синтез собственных органических веществ,
  Образование собственных рибосом.
  Митохондрии
  

• 17 слайд

  Строение:
  - Одна мембрана образует: полости, канальцы и трубочки.
  - На поверхности мембран – рибосомы (шероховатая или гранулярная ЭПС)
  Без рибосом (гладкая или агранулярная ЭПС)
  
  
  
  
  
  
  
  
  Функции:
  Синтез органических веществ (с помощью рибосом)
  Транспорт веществ
  Эндоплазматическая сеть
  

• 18 слайд

  Строение:
  Окруженные мембранами полости (цистерны) и связанная с ними система пузырьков.
  Функции:
  Накопление органических веществ
  «Упаковка» органических веществ
  Выведение органических веществ
  Образование лизосом
  Аппарат Гольджи
  

• 19 слайд

  Строение:
  Пузырьки овальной формы
  (снаружи – мембрана, внутри ферменты)
  
  Функции:
  Расщепление органических веществ,
  Разрушение отмерших органоидов клетки,
  Уничтожение отработавших клеток.
  Лизосомы
  

• 20 слайд

  Строение:
  Малая
  Большая
  Состав:
  - р-РНК (рибосомная)
  - белки.
  Функции:
  Обеспечивает биосинтез белка (сборку белковой молекулы из аминокислот).
  субъединицы
  Немембранные органеллы.
  Рибосомы
  

• 21 слайд

  Строение:
  2 Центриоли у животных и низших растений (расположены перпендикулярно друг другу)
  У высших растений центриолей нет
  Состав центриолей:
  Белковые триплеты микротрубочек
  Свойства: способны к удвоению
  Функции:
  Принимает участие в делении клеток животных и низших растений, образуя веретено деления
  Формирует цитоскелет (микротрубочки)
  Клеточный центр
  

• 22 слайд

  Клеточное ядро - это важнейшая часть клетки. Оно есть почти во всех клетках многоклеточных организмов. Клетки организмов, которые содержат ядро называют эукариотами. Клеточное ядро содержит ДНК- вещество наследственности, в котором зашифрованы все свойства клетки.
  Клеточное ядро
  

• 23 слайд

  II. Основы молекулярной биологии.
  a) ДНК. Структура и свойства. Понятие гена.
  

• 24 слайд

  
  
  
  ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) открыта в 1868 г швейцарским врачом И. Ф. Мишером в клеточных ядрах лейкоцитов, отсюда и название – нуклеиновая кислота (лат. «nucleus» - ядро).
  
  В 20-30-х годах XX в. определили, что
  ДНК – полимер (полинуклеотид),
  в эукариотических клетках она
  сосредоточена в хромосомах.
  Предполагали, что ДНК играет структурную роль.
  
  В 1944 г. группа американских бактериологов из Рокфеллеровского института во главе с О. Эвери показала, что способность пневмококков вызывать болезнь передается от одних к другим при обмене ДНК.
  ДНК является носителем наследственной информации.
  История открытия нуклеиновых кислот
  

• 25 слайд

  1953
  Фрэнсис Крик
  Джеймс Уотсон
  Открыта структура ДНК
  Дата рождения
  молекулярной биологии
  

• 26 слайд

  Francis Harry Compton Crick
  James Dewey Watson
  Нобелевская премия 1962
  

• 27 слайд

  Розалинд Франклин
  Рентгеноструктурный портрет ДНК – знаменитое фото 51
  1920 - 1958
  

• 28 слайд

  ДНК – самая большая молекула в клетке. Длина ДНК в одной клетке человека 190 см, общая длина ДНК человека 2x1010 км!
  Каждая хромосома = одна молекула ДНК
  23 хромосомы человека = 23 молекулы ДНК
  Самые длинные из них ≈ 8 см
  ДНК – это молекула-текст. В последовательности ее нуклеотидов записана вся наследственная программа организма
  Знаете ли вы, что:
  

• 29 слайд

  Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, мономеры которых – нуклеотиды.
  
  Каждый нуклеотид состоит из 3-х частей:
  азотистого основания,
  пентозы – моносахарида,
  остатка фосфорной кислоты.
  
  ДНК имеет 4 уровня организации молекулы (первичная, вторичная, третичная и четвертичная).
  

• 30 слайд

  Пурины
  Пиримидины
  Тимин, Т
  Цитозин, Ц
  Аденин, А
  Гуанин, Г
  ДНК
  

• 31 слайд

  Нуклеотид
  фосфат
  Сахар (рибоза / дезоксирибоза)
  Азотистое основание – одно из 4
  
  1’
  3’
  5’
  Первичная структура ДНК
  

• 32 слайд

  1950
  Правила Чаргаффа
  
  Эрвин Чаргафф
  

• 33 слайд

  Правила Чаргаффа
  [ А ] + [ Г ] = [ Т ] + [ Ц ] = 50%
  

• 34 слайд

  Объяснение правилам Чаргаффа дали Уотсон и Крик
  ДНК – это 2 цепочки, соединенные по принципу комплементарности
  

• 35 слайд

  Принцип комплементар-ности:
  А Т
  Г Ц
  
  - - - - -
  - - - - -
  - -
  Слабые водородные связи!
  Прочнее
  

• 36 слайд

  3’
  Т
  ОН
  5’
  Ц
  A
  3’
  ОН
  5’
  3’
  5’
  Т
  A
  НО
  Г
  

• 37 слайд

  2 нм
  3.4 нм
  1 виток – 10 н.п.
  На одну н.п. приходится 0.34 нм
  Вторичная структура ДНК
  

• 38 слайд

  клетка
  хромосомы в ядре
  ДНК
  хромосома
  1 молекула ДНК
  ген
  ещё ген
  

• 39 слайд

  Молекулы ДНК можно увидеть под электронным микроскопом
  Хромосомы бактерий (кольцевые)
  

• 40 слайд

• 41 слайд

• 42 слайд

  Ген – фрагмент ДНК, который может синтезировать только один определённый полипептид или РНК.
  
  
  Кодирующая часть
  АТГ
  STOP
  ДНК
  РНК-транскрипт
  Промотор
  Терминатор
  Точка начала транскрипции
  Окончание транскрипции
  5'
  3'
  Регуляторная часть
  Структура гена
  Кодон
  

• 43 слайд

  Важно!
  Клетки организма данного вида (даже принадлежащие разным тканям) содержат ДНК с одинаковым нуклеотидным составом (генами), который не зависит ни от питания, ни от окружающей среды, ни от возраста организма.
  Нуклеотидный состав ДНК разных видов различен.
  

• 44 слайд

• 45 слайд

  Репликация ДНК
  Удвоение молекулы ДНК называют репликацией или редупликацией. Во время репликации часть молекулы «материнской» ДНК расплетается на две нити с помощью специального фермента, это достигается разрывом водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. Далее к каждому нуклеотиду разошедшихся нитей ДНК фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный ему нуклеотид.
  
  

• 46 слайд

  Частота ошибок при ДНК-репликации не превышает 1 на 109–1010 нуклеотидов.
  
  Скорость репликации составляет порядка 45 000 нуклеотидов в минуту, а родительская вилка вращается со скоростью 4500 об/мин.
  Репликация в ходе клеточного цикла происходит ограниченное кол-во раз, затем клетка погибает.
  
  Опухолевые клетки бессмертны (фермент теломераза, теория бессмертия клеток).
  

• 47 слайд

  Траскрипция РНК
  С помощью специального белка РНК-полимеразы молекула информационной РНК строится по принципу комплементарности по участку одной нити ДНК в процессе транскрипции (первого этапа синтеза белка). Сформированная цепочка и-РНК представляет точную копию второй (нематричной) цепочки ДНК, только вместо тимина Т включен урацил У.
  
  
  и-РНК
  

• 48 слайд

  Виды РНК
  В клетке имеется несколько видов РНК. Все они участвуют в синтезе белка.
  Транспортные РНК (т-РНК) - это самые маленькие по размерам РНК (80-100 нуклеотидов). Они связывают аминокислоты и транспортируют их к месту синтеза белка.
  Информационные РНК (и-РНК) - они в 10 раз больше тРНК. Их функция состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка.
  Рибосомные РНК (р-РНК) - имеют наибольшие размеры молекулы(3-5 тыс.нуклеотидов), входят в состав рибосом.
  

• 49 слайд

  Биосинтез белка (трансляция)
  Трансляция – это перевод последовательности нуклеотидов молекулы
  и-РНК (матричной) в последовательность аминокислот молекулы белка.
  и-РНК взаимодействует с рибосомой, которая начинает двигаться по и-РНК, задерживаясь на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т.е. 6 нуклеотидов).
  

• 50 слайд

  РНК
  ДНК
  Белок
  3-D форма и разнообразные функции
  Матричное копирование
  

• 51 слайд

  c) Мутагенные воздействия на клетку и их последствия.
  Мутагены - факторы, вызывающие изменения структуры ДНК - мутации.
  
  
  Впервые искусственные мутации получены в 1925 году Г. А. Надсеном и 
  Г. С. Филипповым у дрожжей действием радиоактивного излучения радия.
  Г.С. Надсен
  

• 52 слайд

  Типы мутагенов
  По происхождению:
  По природе возникновения:
  Эндогенные
  Экзогенные
  (окружающая среда)
  Физические (ионизирующее излучение;
  радиоактивный распад;
  ультрафиолетовое излучение;
  чрезмерно высокая или низкая температура)
  Химические
  Биологические(антигены, вирусы, продукты обмена веществ)
  
  

• 53 слайд

  Мутации
  Стартовое звено патогенеза наследственных заболеваний и рака - мутации - нарушения структуры генов, хромосом или изменение их числа.
  
  В зависимости от уровня организации генетического материала (ген, хромосома, геном) говорят о мутациях генных, хромосомных и геномных.
  
  
  

• 54 слайд

• 55 слайд

  Генные мутации
  

• 56 слайд

  ЦТТ в ДНК
  ГАА в РНК
  ЦАТ в ДНК
  ГУА в РНК
  Миссенс мутация. Пример – серповидно-клеточная анемия.
  Замена пары нуклеотидов привела к замене аминокислоты в белке, т.е.изменилась первичная структура, что повлекло изменение вторичной, третичной и четвертичной и формы эритроцитов.
  

• 57 слайд

  Синдром ломкой Х хромосомы (синдром Мартина-Белл). Степень снижения интеллекта тем выше, чем больше вставка ЦГГ повторов.
  FMR-1 gene
  норма
  премутация
  полная мутация
  

• 58 слайд

  Хромосомные и геномные мутации
  Синдром Дауна. Трисомия по 21-й хромосоме.
  

• 59 слайд

  Хромосомный набор нормальной (слева) и раковой клетки
  

• 60 слайд

  Флуоресцентная in situ гибридизация на 2 и 8 хромосомы человека.
  А – моносомия по 2 хромосоме, Б – моносомия по 8 хромосоме, В - трисомия
  по 2 хромосоме, Г – трисомия по 8 хромосомы
  Примечание – красным цветом показаны сигналы 2 хромосомы, зеленым – 8 хромосомы
  А
  Б
  В
  Г
  

• 61 слайд

  Благодарю за внимание.