Презентация на тему: Организация генетического аппарата микроорганизмов

Организация генетического аппарата микроорганизмов
Организация генетического аппарата микроорганизмов
Геном
Организация генетического аппарата микроорганизмов
1956 г. Ф.Жакоб и Е.Вильман предложили кольцевую модель бактериальной хромосомы
Бактериальная хромосома
У кладка бактериальной хромосомы
Бактериальные плазмиды
Бактериальные плазмиды
1989 г. Метод электрофореза в пульсирующем поле
Бактерии могут иметь больше одной хромосомы на клетку
Структура генома вирусов и фагов
Репликация ДНК основана на комплементарном спаривании оснований
1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I
Организация генетического аппарата микроорганизмов
Организация генетического аппарата микроорганизмов
Фрагменты Оказаки
Точки начала репликации
Организация генетического аппарата микроорганизмов
«Репликационная машина»
Репликационный «глазок»
Типы репликации ДНК
Организация генетического аппарата микроорганизмов
1/23
Средняя оценка: 4.1/5 (всего оценок: 17)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1784 Кб)
1

Первый слайд презентации: Организация генетического аппарата микроорганизмов

Лекция № 2 Для студентов специальности «Микробиология» по дисциплине «Генетика микроорганизмов»

Изображение слайда
2

Слайд 2

План лекции: Бактериальный геном. Плазмиды. Линейные и кольцевые хромосомы и плазмиды. Геном вирусов бактерий. Полуконсервативный механизм репликации ДНК (опыт Мезельсона и Сталя). Репликативная "вилка". Механизм биосинтеза ДНК. Роль матрицы, образование комплиментарного продукта. "Расплетающие" белки. Инициация синтеза ДНК. Структура и порядок образования праймосомы. Фрагменты Оказаки. Ферменты биосинтеза ДНК. ДНК-полимераза I (фермент Корнберга). ДНК-лигазы. Типы репликации (модели, предусматривающие образование Q-формы и D-петли, модель "катящегося кольца"). Регуляция репликации хромосомы бактерий. Механизмы репликации плазмид. Особенности репликации ДНК у бактериофагов. Клеточный цикл и сегрегация хромосом.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Геном

Записанная на ДНК генетическая информация определяется линейным порядком оснований, расположенных в нерегулярной последовательности. Эта последовательность организована в виде триплетов (кодонов, определяющих аминокислоты), являющихся формой записи наследственной информации, что позволяет хранить огромное количество информации в очень малом объеме. В свою очередь записанная в виде последовательности триплетов информация организована в виде генов – дискретных участков молекулы ДНК, на которых синтезируется отдельные молекулы РНК. Другими словами ген – это последовательность нуклеотидов, представляющая собой единицу активности для образования одной молекулы РНК. Вся же совокупность генов объединяется понятием «геном», размер которого у прокариот варьирует от вида к виду в достаточно широких пределах. Размер генома

Изображение слайда
4

Слайд 4

Размеры ДНК от 580 тыс н.п. у Micoplasma genitalium до 9500 тыс. н.п. у Myxococcus xantus E.coli - 4600 тыс. н.п. Размер генома

Изображение слайда
5

Слайд 5: 1956 г. Ф.Жакоб и Е.Вильман предложили кольцевую модель бактериальной хромосомы

Организация генома прокариот 1956 г. Ф.Жакоб и Е.Вильман предложили кольцевую модель бактериальной хромосомы ДНК прокариот представлена кольцевой двуцепочечной суперспирализованной молекулой, расположенной в цитоплазме в виде клубка - нуклеоида. Нуклеоид не отделён мембраной, может содержать несколько копий ДНК. Нуклеоид состоит из ДНК, белков и РНК. ДНК составляет около 80%. Она свёрнута в петли, которых примерно 100.

Изображение слайда
6

Слайд 6: Бактериальная хромосома

Организация генома прокариот Бактериальная хромосома У всех известных бактерий наследственная информация содержится в одной единственной нити ДНК, иногда также называемой «бактериальной хромосомой». Ее важнейшей особенностью является то, что эта молекула замкнута сама на себя и, таким образом, организована в виде кольца с длиной контура от 0,25 до 3 мм. Подобный тип организации наследственного материала достаточно выгоден, обеспечивает непрерывное движение ДНК-полимеразы при репликации, а также является условием для защиты внутренней среды прокариотической клетки от чужеродного генетического материала. Последний, обычно попадающий в клетку в виде линейных молекул ДНК быстро гидролизуется присутствующими здесь высокоактивными экзонуклеазами, неактивными в отношении замкнутых молекул этого же полимера.

Изображение слайда
7

Слайд 7: У кладка бактериальной хромосомы

В зависимости от метода микроскопирования, способа фиксации и т.д. нуклеоид выглядит как овальное тельце, боб, моток спутанных нитей. Хромосома сильно компактизована. Предполагается также, что подобная укладка бактериальной хромосомы непосредственно связана с ее функционированием, где центральная область нуклеоида представлена суперспирализованной транскрипционно неактивной ДНК, а на расположенных на периферии деспирализованных петлях происходят интенсивные процессы образования различных типов РНК. Таким образом, каждая из петель может рассматриваться в качестве своеобразного кластера транскрипционной активности Организация генома прокариот

Изображение слайда
8

Слайд 8: Бактериальные плазмиды

Организация генома прокариот Бактериальные плазмиды Внехромосомный наследственный материал у прокариот также находится чаще всего в виде кольцевых молекул ДНК, обозначаемых термином «плазмиды». При этом в каждой из них как правило имеется три основные группы генов: ответственных за автономную репликацию плазмиды, обеспечивающих возможность ее переноса из одной клетки в другую, а также кодирующих белки, сообщающие бактериальной клетке какие-либо дополнительные свойства. Важной особенностью плазмид являются их способность к автономной (независимой от цикла деления клетки) репликации, а также возможность не только вертикальной передачи (от родительской клетки к дочерним), но и горизонтального переноса от одной бактерии к другой.

Изображение слайда
9

Слайд 9: Бактериальные плазмиды

Организация генома прокариот Бактериальные плазмиды Плазмиды также чаще имеют кольцевую ДНК размером от 0,1 до 5% размера хромосомы. Функционирование генов, расположенных на плазмидах, для существования клетки необязательно, хотя в некоторых условиях способствует ее выживанию. Линейные хромосомы часто сосуществуют с линейными плазмидами.

Изображение слайда
10

Слайд 10: 1989 г. Метод электрофореза в пульсирующем поле

Организация генома прокариот 1989 г. Метод электрофореза в пульсирующем поле Пульс-форезом называется форез в изменяющемся электричес­ком поле, когда катод и анод меняют свое расположение через определенные промежутки времени. В условиях пульс-фореза можно разделить очень крупные фрагменты ДНК (свыше 10·10 –3 т.п.н.), так как они мигрируют в переменном электрическом поле с разной скоростью, в зависимости от их длины, конфигурации и массы. Метод позволил идентифицировать линейную бактериальную хромосому у спирохеты из рода боррелий Borrelia burgdorferi и у актиномицетов.

Изображение слайда
11

Слайд 11: Бактерии могут иметь больше одной хромосомы на клетку

Организация генома прокариот Бактерии могут иметь больше одной хромосомы на клетку Критерий: локализация жизненно важных для «клетки, типично "хромосомных" генов во втором репликоне; отсутствие клеток, не несущих такой репликон; строгий контроль распределения между клетками хромосомоподобных репликонов. У Agrobacterium tumefaciens при применении пульс-фореза нашли 4 репликона: Ti-плазмиду (200 тпн), криптическую плазмиду (450 тпн) и две очень больших молекулы ДНК (2,1×106 и 3×106 пн). Меньшая из них была линейной, большая – кольцевой. У Azotobacter chroococcum в экспоненциальной фазе роста на одну клетку приходится 20…25 хромосом-нуклеоидов. У радиоустойчивой бактерии Deinococcus radiodurans. У нее, по-видимому, каждый нуклеоид содер­жит 4 хромосомы в стационарной фазе и 8…10 хро­мосом в экспоненциальной фазе роста.

Изображение слайда
12

Слайд 12: Структура генома вирусов и фагов

Организация генома вирусов и фагов Структура генома вирусов и фагов После проникновения вирусной НК в клетку заключённая в ней генетическая информация расшифровывается генетическими системами хозяина и используется для синтеза компонентов вирусных частиц. Геном может насчитывать от 4 до 250 генов. Все гены могут быть заключены в одной молекуле НК (ДНК или РНК) или распределены по нескольким молекулам, которые могут быть одно- и двуцепочечными, кольцевыми и линейными.

Изображение слайда
13

Слайд 13: Репликация ДНК основана на комплементарном спаривании оснований

Механизмы репликации ДНК Репликация ДНК основана на комплементарном спаривании оснований Процесс репликации предполагает обязательное разделение двух цепей ДНК и узнавание каждого нуклеотида в ДНК свободным комплементарным нуклеотидом.

Изображение слайда
14

Слайд 14: 1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I

Механизмы репликации ДНК 1957 г. А.Корнберг обнаружил ДНК-полимеразу I – фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов. 3 альтернативные гипотезы репликации: консервативная, полуконсервативная (каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной молекулы и одной вновь синтезированной цепи), дисперсивная.

Изображение слайда
15

Слайд 15

Механизмы репликации ДНК 1958 г. Полуконсервативная репликация (эксперимент Мезельсона-Сталя) Схематически представленные тяжелая, меченная 15 N родительская ДНК (обозначена красным), гибридная (15 I \1/14 N ) ДНК первой генерации (обозначена красным/синим) и легкая (14 N /14 N ) дочерняя ДНК (обозначена синим) разделяются в равновесном градиенте плотности CsCI, как показано справа. Сдвиг в плотности фрагментов в процессе переноса из «тяжелой» среды в «легкую» анализировали через 0, 1 и 2 генерации соответственно.

Изображение слайда
16

Слайд 16

Механизмы репликации ДНК Исследования с радиоактивными метками, проведённые в 1960-х гг. выявили особую ограниченную область репликации, перемещающуюся вдоль родительской спирали ДНК. Эта активная область из-за своей Y -образной формы была названа репликационной вилкой. Простейший механизм репликации ДНК заключается в непрерывном росте обеих новых цепей нуклеотид за нуклеотидом по мере перемещения репликационной вилки от одного конца молекулы ДНК к другому. Репликационная вилка

Изображение слайда
17

Слайд 17: Фрагменты Оказаки

Механизмы репликации ДНК Методом избирательного введения радиоактивной метки было выявлено, что при репликации бактериальной ДНК в области репликационной вилки образуются и какое-то время существуют фрагменты (от 1000 до 2000 нуклеотидов у прокариот, 100-200 – у эукариот), названные «фрагментами Оказаки». Репликационная вилка ассиметрична. Из двух дочерних цепей одна строится непрерывной ( ведущая или лидирующая цепь ), а другая прерывистой ( отстающая цепь ).

Изображение слайда
18

Слайд 18: Точки начала репликации

Механизмы репликации ДНК Точки начала репликации Образование репликационных вилок начинается с возникновения особой структуры, называемой репликационным глазком. Это небольшой участок, в котором две родительские цепи отделились одна от другой и были использованы в качестве матриц для синтеза ДНК. Репликационный глазок образуется в местах, где находятся специфические нуклеотидные последовательности (около 300 нуклеотидов), получившие название точек начала репликации или ориджинов. Репликация ДНК начинается сразу в нескольких таких точках хромосомы, что значительно ускоряет процесс. При репликации ДНК скорость полимеризации колеблется в пределах от 500 нуклеотидов в 1 с у бактерий приблизительно до 50 нуклеотидов у млекопитающих.

Изображение слайда
19

Слайд 19

Механизмы репликации ДНК Белки, участвующие в репликации ДНК образуют крупный мультиферментный комплекс, движущийся вдоль ДНК. В области вилки действуют две идентичные ДНК-полимеразы – на ведущей и на отстающей цепи. Спираль ДНК расплетается в результате совместного действия ДНК-полимеразы, работающей на ведущей цепи, и ДНК-геликазы, движущейся вдоль отстающей. Этому процессу способствуют кооперативно связывающиеся молекулы SSB- белков. На ведущей цепи ДНК-полимераза работает непрерывно, а на отстающей цепи фермент через определённые интервалы прерывает и вновь возобновляет свою работу, используя для полимеризации короткие РНК-затравки, синтезируемые ДНК-праймазой. Молекула праймазы непосредственно сцепленная с ДНК-геликазой – расплетающим двойную спираль ферментом, образуют вместе с ней на отстающей цепи структуру, называемую праймосомой. Позади «репликационной машины» по ходу её движения остаётся на отстающей цепи ряд несшитых фрагментов Оказаки, всё ещё содержащих РНК-затравки, которые должны быть сшиты при помощи репарирующих ферментов, работающих позади репликационной вилки. Чтобы репликационная вилка могла продвигаться вперёд, вся хромосома впереди неё должна быстро вращаться. Это решается образованием в спирали своего рода «шарнира», особого класса белков, называемых ДНК-топоизомеразами (типа I и II ), которые разрывают цепь и присоединяются к разорванному концу.

Изображение слайда
20

Слайд 20: Репликационная машина»

Механизмы репликации ДНК

Изображение слайда
21

Слайд 21: Репликационный «глазок»

Репликация всегда начинается в определенной области, Ori С, и идет в основном симметрично по правому и левому полукружию хромосомы к конечной точке, ТегС. Там обе волны репликации встречаются. Строение области Ori С и порядок расположенных на ней генов в значительной мере консервативно, т.е. присуще всем изученным бактериям. Строение области ТегС также специфично; назначение расположенных там блоков генов – тормозить репликацию. Типы репликации

Изображение слайда
22

Слайд 22: Типы репликации ДНК

Типы репликации

Изображение слайда
23

Последний слайд презентации: Организация генетического аппарата микроорганизмов

А — бактериальная клетка содержит частично реплицированную хромосому, прикрепленную к мембране в точке (или точках) репликации; Б — репликация хромосомы завершена. В бактериальной клетке две дочерние хромосомы, каждая из которых прикреплена к ЦПМ. Показан синтез клеточной стенки и ЦПМ; В — продолжающийся синтез мембраны и клеточной стенки приводит к разделению дочерних хромосом. Показано начало деления клетки путем образования поперечной перегородки. 1 — ДНК; 2 — прикрепление хромосомы к ЦПМ: 3 — ЦПМ; 4 — клеточная стенка: 5 — синтезированный участок ЦПМ; 6 — новый материал клеточной стенки. Расхождение хромосом

Изображение слайда