Определение предмета молекулярная биология

Остановимся пока на белках и нуклеиновых кислотах.

Из разных комплексов белок-нуклеиновая  кислота рассмотрим только те, в  которых 

нуклеиновая кислота  сохраняется благодаря защите белком от ультрафиолетового излучения.

Накопим такие комплексы. Из их множества  рассмотрим те, в которых белки способствуют увеличению количества защищенной нуклеиновой кислоты. То есть эти белки - ферменты. Из этих комплексов рассмотрим те, где нуклеиновые кислоты, количество которых возрастает под действием белков, способствуют увеличению количества белков благодаря, например, прямому кодированию. Возникают системы с обратной связью. Такие системы обладают некоторыми признаками живого.

Другой вариант.

Первыми молекулами были РНК.

Они имеют третичную структуру  и обладают каталитической активностью. Позже появились белки, поддерживающие "выгодные" конформации РНК и защищающие их от расщепления. Уже потом возникает ДНК, как более надежный хранитель генетической информации. Она имеет две цепи, что обеспечивает репарацию, репликация осуществляется за один шаг. Отсутствие ОН-группы в 2'-положении пентозы делает ДНК устойчивой в слабощелочных условиях, губительных для РНК.

Стадия 3.

Представим, что лужа покрыта жирной пленкой, а под ней - белки. Если оторвать каплю, то могут получиться пузырьки, содержащие нуклеопротеидные системы с обратной связью. Когда они падают на поверхность водоема, то покрываются вторым липидно-белковым слоем - и образуется современная биологическая мембрана. В мембранной капле диффузия уже не очень существенна.

Далее образуются пробионты - первые организмы, имеющие мембрану.

Эволюция  пробиотов 

 

Пробионты были первичными гетеротрофами. Они получали энергию при расщеплении  органических веществ абиогенного  происхождения, в изобилии имевшихся  в окружающей среде. Примером древнего способа обмена веществ, дошедшего до наших дней, является гликолиз - ферментативное бескислородное расщепление глюкозы.

По мере истощения запаса органического  материала (а новый не образовывался  из-за изменения условий на Земле) возникала жесткая конкурентная борьба за него, что ускорило процесс эволюции первичных гетеротрофов.

Исключительным событием стало  возникновение бактериального фотосинтеза, освободившего клетки от зависимости  от доступности органики абиогенного  происхождения. Скорее всего, фотосинтез возник у анаэробных бактерий, способных к азотофиксации. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород. Его накопление в атмосфере привело к коренному изменению хода эволюции. Появление озонового экрана защитило первичные организмы от смертельного УФ-облучения и положило конец абиогенному синтезу органики.

Первые аэробные бактерии появились  благодаря приобретению аппарата окислительного фосфорилирования. Продукты брожения подвергались дальнейшему окислению  до СО₂ и Н₂О. Аэробные (вторичные) гетеротрофы могли более эффективно, чем анаэробные (первичные) гетеротрофы, расщеплять органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза.

По-видимому, с ростом концентрации кислорода в атмосфере усложнялась  жизнь первичных анаэробных гетеротрофов. Некоторые из них вымерли, другие нашли бескислородную среду. Примером могут служить дошедшие до наших дней метанобразующие бактерии или серные бактерии, живущие в горячих подземных источниках.

Некоторые первичные гетеротрофы  пошли по пути, приведшему к образованию  эукариотических клеток. Часть из них вступила в симбиоз с аэробными бактериями, способными к окислительному фосфорилированию. Поглотив вторичных гетеротрофов, первичные не расщепили их на молекулы, а сохранили в качестве энергетических станций, называемых сегодня митохондриями.

Такие симбионты  дали начало царствам животных и грибов.

Другая часть первичных гетеротрофов "заключила союз" не только с  аэробными гетеротрофами, но и с  первичными фотосинтетиками, сохранив последних в качестве хлоропластов. Такие симбионты дали начало царству растений.

В пользу симбиотической теории образования  эукариот говорят следующие факты:

- У митохондрий и хлоропластов  две мембраны. Внутренняя - своя, наружняя  образована клеткой-захватчиком.

- Генетический код митохондрий  идеален. Универсальный генетический код имеет два существенных отличия, касающихся инициации и терминации синтеза белка.

Таким образом  эукариоты отстранились от чужой  генетической информации.

Кроме того, они линеаризовали свою ДНК. Митохондрии и хлоропласты  имеют кольцевую ДНК, хотя не очень понятно, для чего им нужна кольцевая ДНК, и бактериальные рибосомы. Однако понятно, почему у них такая ДНК и такие рибосомы. Потому, что их предки были бактериями. Сегодня часть генов митохондриальных белков и белков хлоропластов, в том числе их РНК- и ДНК-полимераз, находятся в ядре. Вероятно, попали они туда с помощью мобильных элементов.

Все бактерии делятся на эубактерии (в том числе E.сoli) и археобактерии. Принципиальное отличие между ними в том, что гены археобактерий  имеют экзон - интронное строение и сплайсинг. Эубактерии - результат эволюции ана- и аэробных гетеротрофов. Их эволюция шла в благоприятных условиях и они сменили больше поколений, избавившись от интронов. Археобактерии живут в экстремальных условиях: горячие, кислые, высокосолевые подземные воды. Эукариоты и археобактерии сохранили экзон - интронную структуру, что говорит о древнем происхождении экзонов и интронов.

 

 

Аминоацилирование образование связи между аминокислотой и tPHК

Базальные факторы транскрипции белки, необходимые для инициации транскрипции

Белки нерегулярные полимеры, мономерами которых являются L-аминокислоты

Белок отдельный полипептид или агрегат нескольких полипептидов, выполняющий биологическую функцию

Вторичная структура белка упорядоченное строение полипептидных цепей, обусловленное водородными связями между группами С=О и N-H разных аминокислот

Геликазы ферменты, денатурирующие ДНК

Ген участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь

Генетический код система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК

Геном вся совокупность ДНК клетки (в случае ряда вирусов говорят о геномной РНК)

Идеальный генетический код генетический код, в котором выполняется правило вырожденности квазидублетного кода: Если в двух триплетах совпадают первые два нуклеотида, а третьи нуклеотиды относятся к одному классу (оба - пурины или оба - пиримидины), то эти триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту

Изоакцепторные tРНК  tРНК, имеющие разную первичную, но одинаковую третичную структуру, акцептирующие одну и ту же аминокислоту

Интроны некодирующие участки генов

Канцерогены вещества, повышающие частоту возникновения рака

Кодон, триплет последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту

Консервативные мутации Мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты

Коэффициент седиментации S, константа Сведберга Отражает скорость осаждения при центрифугировании, зависящую от конформации и молекулярного веса

Мобильные генетические элементы (МГЭ) последовательности нуклеотидов, меняющие свою локализацию и копийность в геноме.

Mолекулярная биология наука о механизмах хранения, передачи и реализации генетической информации, о структуре и функциях биополимеров - нуклеиновых кислот и белков

Нуклеосома  повторяющийся структурный элемент хроматина, содержащий гистоновый октамер и ~180 п.н. ДНК

Обратная транскрипция  синтез ДНК по матрице РНК

Оператор особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая белком-репрессором

Оперон единица транскрипции у прокариот

 

Origin (ori) район начала репликации

Палиндромы последовательности, которые читаются одинаково слева направо и справа налево

Первичная структура белка последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи

Полисома комплекс mРНК с несколькими или многими рибосомами

 

Промотор особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как посадочная площадка

Радикальные мутации мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты

Редактирование изменение генетической информации на уровне mРНК

Рекогниция подготовительный этап трансляции, суть которого в образовании ковалентной связи между tРНК и соответствующей аминокислотой

Репликация ДНК  процесс, осуществляемый комплексом ферментов и белков, выполняющих топологическую функцию, суть которого в образовании идентичных копий ДНК для передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов

Репликон участок ДНК между двумя ori

Рестриктазы  эндонуклеазы, которые узнают определенные последовательности и делают разрезы в обеих цепях

Ретровирусы  РНК-содержащие вирусы, в жизненный цикл которых входит стадия образования ДНК обратной транскриптазой и внедрение ее в геном клетки хозяина в форме провируса

РНК-зимы РНК с каталитической активностью

Сплайсинг вырезание копий интронов из про-mРНК и сшивание копий экзонов с образованием mРНК

Сайленсеры последовательности ДНК, ослабляющие транскрипцию при взаимодействии с белками

Терминатор особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как финиш транскрипции

Топоизомеразы ферменты, изменяющие топологию ДНК

Транскрипция синтез всех видов РНК по матрице ДНК, осуществляемый ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой

Трансформация приобретение одним организмом некоторых признаков другого за счет захвата части его генетической информации

Третичная структура белка пространственная конформация полипептида, имеющего вторичную структуру, и обусловленная взаимодействиями между радикалами

Триплет, кодон последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту

Цистрон последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующая один полипептид (в большинстве случаев - белок)

Четвертичная структура белка  агрегация двух или большего числа полипептидных цепей, имеющих третичную структуру, в олигомерную функционально значимую композицию

Экзоны  кодирующие участки генов

Энхансеры  последовательности ДНК, усиливающие транскрипцию при взаимодействии с белками

Ядрышко место образования субъединиц рибосом, наблюдаемое в световой микроскоп

Ядрышковый организатор  кластер генов rРНК