Трансформация у бактерий Pneumococcus (Гриффитс, 1928г.)

Тип бактерий Заражение мыши Трансформирующий агент - это ДНК

Живые гладкиебактерии

Убитые тепломгладкие бактерии

Живыешероховатые бактерии

Мышь умирает

Мышь умирает

Мышь живет

Мышь живет

Смесь:Убитые тепломгладкие бактерии+Живыешероховатыебактерии

Из погибших мышейвыделяют живыхгладких бактерий

Добавление к живымшероховатым бактериямэкстракта ДНК изгладких бактерий

Трансформация у бактерий Pneumococcus(Гриффитс, 1928г.)

In vitro Эвери, Мак-Леод, Мак-Карти 1944 ДНК-азная обработка

a

a

a

a

a

a

a/a

a/a

a

a+

a+

a

a+

a+

a+

a+a+

a+

a+

Реципиентная ДНК

Двойная спиратьдонорной ДНК

деградирует

а

б

в

г

Процесс естественной трансформации у Bacillus subtilis

Донорная ДНК

p+

p+

p+

p+

p

p

p+

q+

q+q

q+

q+

q

q+

o+

o+

o

o

o+

o+o+

Бактериядонор

Выделение ДНКиз популяциидонорных бактерий,ДНК делитсяна фрагменты

Трансформацияреципиентной бактерии фрагментами ДНК из донорной бактерии

Генотипы реципиентныхбактерий после трансформации

Определение порядка генов при котрансформации

65 нм

100 нм

100 нм

ДНК

а

б

ЭМ фотографии и схемы строения бактериофагов Т4 и λ

Хромосома фага

Клетка E.coli

Хромосома клетки-хозяина

Присоединение фаговой частицык клетке и ее заражение фаговой ДНК

E. coli

Разрушение бактериальной хромосомы ферментами фага

Репликация фаговыххромосом с использованиемресурсов клетки иферментов фагаСинтез белковых

компонентовфаговых частиц

Сборкафаговых частиц

Лизис клетки-хозяинаи выход фаговых частицво внешнюю среду

Жизненный цикл вирулентного фага, например Т2 или Т4

Хромосома фага

Встраивание хромосомыфага в хромосомуклетки-хозяина

Клеточные деления

Индукция литического цикла

Эксцизия хромосомыфага

Хромосома фага

Клетка E.coli

Хромосома клетки-хозяина

Синтез белковых компонентовфаговых частиц исборка фагов

Лизис клетки-хозяинаи выход фагов во внешнюю среду

Литический цикл

Лизогенный цикл

Жизненный цикл умеренного фага, например λ

22A 2A

Ген T +

Ген T -

Лизированная клетка

Бактериофаг P22Фильтр

Схема опыта, демонстрирующего явление трансдукции у Salmonella typhimurium

Хромосома фага P1

Фаг P1

Клетка донор(дикий тип)

Фрагментыбактериальнойхромосомы

Хромосома клетки-хозяина

Хромосома клетки-реципиента(мутант по )a

a+

a

a

a+

a+

aa+

a+

b+b+

c+c+

a+ a

Нормальные фаги

Трансдуцирующиефаги

а

б

в

г

д

е

ж

Схема общей трансдукции между линиями E. coli

Коньюгация у бактерий

Ледерберг и Тейтум 1946

B- потребность в биотинеM- потребность в метионинеP- потребность в пролинеT- потребность в треонине

B- M- P+ T+ B+ M+ P- T-

Совместное выращиваниеНа селективной средеB- M- P- T-

B+M+ P+ T+

Конъюгация у E. coli. ЭМ фотография F+ клетки (слева), связанной с F─

клеткой (справа) половой ворсинкой - F-пилем

A-StrsxB-Strr на среде со стрептомицином есть рекомбинанты

A-StrrxB-Strs на среде со стрептомицином нет рекомбинантовВывод – два половых типа

Два половых типаF-xF- нет генетического обменаF+xF+ редкие генетические обмены, потомки - донорыF-xF+ частые генетические обмены, потомки приобретают донорные свойства

Hfr – суперчастые генетические обменыA) Отличаются от F+ тем, что не часто передают донорные свойства, но часто передают локусы бактериального геномаB) Hfr возникают из F+ c частотой 10-4

C) Под действием мутагенов превращаются в F-

F плазмида встроена в геном и передаетсявместе с некоторыми локусами E coli.

Генетическая карта F плазмиды

F+ F+Hfr

Hfr

F+ F+

F -

F -

Хромосомабактерии

F фактор

Рекомбинациямежду донорной и реципиентной хромосомами

Часть ДНК фактора F с последующими генами бактерии-донора

а б

Передача генетического материала в результате конъюгации у E. coli

Hfr F -

tonr

tonr

tonr

tonr tonr

tonr

tonr

tonr

tonr

tonr

tonr

ton s

ton s

ton s

ton s

ton s

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi r

azi s

azi s

azi s

azi s

azi s

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu+

leu -

leu -

leu -

leu -

leu -

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr+

thr -

thr -

thr -

thr -

thr -

gal+

gal+

gal+

gal+

gal+gal+

gal+

gal -

gal -

gal -

gal -

gal -

lac+

lac+

lac+

lac+

lac+

lac+

lac+

lac -

lac -

lac -

lac -

lac -

lac+

lac+

8

10

17

25

Старт

Передаются первыми, приняты за нулевую отметкукарты

Времяпереносав минутах

Картирование генов в геноме E. сoli в результате скрещивания

Неполная карта кольцевой хромосомы E. сoli штамма К12

NH2

CH

CH

CH

CH

CO

CO

CO

CO

NH

NH

NH

NH

CH3

CH2

CH2

CH2R

(ген)

1

R(ген)

2

R(ген)

3

Модель белковой хромосомы, предложенная Н.К. Кольцовым

Встряхивание

Лизис

Схема опыта Херши и Чейз, доказывающего, что генетическим материалом фага Т2 является ДНК Синее-белки 35S, Красное –ДНК 32P.

ДНК

РНК Белок

«Центральная догма молекулярной биологии»

P

P

OO

HH

HH

H

O

CH2

NH2

NH2

NH2

O

O

P

OO

HH

HH

H

O

CH2

P

OO

HH

HH

H

O

CH2

P

OO

HH

HH

H

O

CH2

5’

3’

N

N

N

N

N

N

NH

NH

O

O

C

A

G

T

H C3

N

N

N

N

Фрагмент одной цепи ДНК

3.4 нм

2.0 нм

Малаябороздка

Большаябороздка

5’ 3’

5’ 3’

0.34 нм

A

G

T

C

Модель структуры ДНК по Уотсону и Крику

Дж. Уотсон и Ф. Крик у стереомодели молекулы ДНК

T

TT

A

AA

C

CC

G

GG

A

AA

A

T

TT

T

G

GG

G

C

CC

C

Дочерние цепи

Родительскаяцепь

Родительскаяцепь

Одиночныеродительские

цепи

Схема полуконсервативной репликации ДНК

Родительскиемолекулы

Первоепоколение

Второепоколение

а б в

Модели ДНК: полуконсервативная, консервативная и дисперсионная

Тяжелая ДНК( N/ N)15 15

Тяжелая/легкаяДНК ( N/ N)15 14

Тяжелая/легкаяДНК ( N/ N)15 14

Легкая ДНК ( N/ N)14 14

N/ N14 14 N/ N14 14 14 14N/ N 15 14N/ N

ДНК вградиенте

CsClКультуры

E. coli Состав ДНК

Поколение 0

Поколение 1

Поколение 2

Поколение 3

Среда содержит

N15

Росткультур насреде с N

14

Росткультур насреде с N

14

Росткультур насреде с N

14

Фотофракций

Схема опытов Мезелсона и Сталя, доказывающих полуконсервативность репликации ДНК

Генетический кодСоображения Гамова42=16 – кодон из двух нуклеотидов не может кодировать 20 а.к.43=64 - триплетный кодон достаточенОднако, Гамов ошибочно считал, что кодоны перекрываются.

ACG ACG ACG ACG ACG ACG CGA CGA CGA CGA CGA CGA GAC GAC GAC GAC GAC GAC

GCU GCU GCU GCU GCU GCU GCUAla Ala Ala Ala Ala Ala Ala

A

GCU GCU AGC UGC UGC UGC UGCAla Ala Ser Cys Cys Cys Cys

G

GCU GCU AGC UGC UCU GCU GCUAla Ala Ser Cys Ser Ala Ala

Вставка

Делеция

Ф.Крик – локус rII фага T4 – акридины и мутации сдвига рамки.Мутации сдвига рамки показали, что код неперекрывающийся.

Ниренберг и Корана использовали бесклеточную систему трансляции и периодические РНК полимеры (типа UUUUUU) для установления соответствия аминокислот и кодонов.

Ï åðâàÿáóêâà âêî äî í å

(5’)

Âòî ðàÿ áóêâà â êî äî í å Òðåòüÿáóêâà âêî äî í å

(3’)U C A G

U

Ôåí (F)Ôåí (F)Ëåé (L)Ëåé (L)

Ñåð (S)Ñåð (S)Ñåð (S)Ñåð (S)

Òèð (Y)Òèð (Y)

StopStop

Öèñ (C)Öèñ (C)

StopÒðï (W)

UCAG

C

Ëåé (L)Ëåé (L)Ëåé (L)Ëåé (L)

Ï ðî (P)Ï ðî (P)Ï ðî (P)Ï ðî (P)

Ãèñ (H)Ãèñ (H)Ãëí (Q)Ãëí (Q)

Àðã (R)Àðã (R)Àðã (R)Àðã (R)

UCAG

A

Èëå (I)Èëå (I)Èëå (I)

Ì åò (M)

Òðå (T)Òðå (T)Òðå (T)Òðå (T)

Àñí (N)Àñí (N)Ëèç (K)Ëèç (K)

Ñåð (S)Ñåð (S)Àðã (R)Àðã (R)

UCAG

G

Âàë (V)Âàë (V)Âàë (V)Âàë (V)

Àëà (A)Àëà (A)Àëà (A)Àëà (A)

Àñï (D)Àñï (D)Ãëó (E)Ãëó (E)

Ãëè (G)Ãëè (G)Ãëè (G)Ãëè (G)

UCAG

Соответствие кодонов генетического кода аминокислотам белка

Аминокислоты и соответствующие им кодоны

Отклонения от обычного генетического кода