Генная инженерия
<<  Генная Инженерия Молекулярная биотехнология  >>
Молекулярно-генетические основы генетической инженерии
Молекулярно-генетические основы генетической инженерии
Единицей генетической или наследственной информации является ген
Единицей генетической или наследственной информации является ген
Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания моносахарида рибозы
Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания моносахарида рибозы
Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов
Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов
?А = ?Т или
?А = ?Т или
Информационной РНК (и-РНК)
Информационной РНК (и-РНК)
Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с
Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с
Расшифровка генетической информации
Расшифровка генетической информации
Свойства генетического кода
Свойства генетического кода
Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов
Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов
Клеточная инженерия — одно из наиболее важных направлений в
Клеточная инженерия — одно из наиболее важных направлений в
Генетическая инженерия, принципы, возможности
Генетическая инженерия, принципы, возможности
Прогресс в области генетики бактерий и бактериофагов
Прогресс в области генетики бактерий и бактериофагов
Свойства генетического кода Генетический код триплетен
Свойства генетического кода Генетический код триплетен
Перенос информации с ДНК, находящейся в ядре, в цитоплазму, где
Перенос информации с ДНК, находящейся в ядре, в цитоплазму, где
Механизм контроля генной активности
Механизм контроля генной активности
Секвенирование
Секвенирование
Названия «генетическая (или генная) инженерия» или «работа с
Названия «генетическая (или генная) инженерия» или «работа с
ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ НАДЕЛИТЬ КАКОЙ-ЛИБО ОРГАНИЗМ
ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ НАДЕЛИТЬ КАКОЙ-ЛИБО ОРГАНИЗМ
Группы ферментов
Группы ферментов
Рестриктазы распознают в молекулах ДНК очень короткие, но строго
Рестриктазы распознают в молекулах ДНК очень короткие, но строго
Виды рестриктаз
Виды рестриктаз
Некоторые рестриктазы и расщепляемые ими последовательности
Некоторые рестриктазы и расщепляемые ими последовательности
ДНК-лигаза
ДНК-лигаза
Этапы создания трансгенных организмов
Этапы создания трансгенных организмов
Генетическое конструирование in vitro
Генетическое конструирование in vitro
Получение генов
Получение генов
Выделение генов из ДНК
Выделение генов из ДНК
Химико-ферментный синтез
Химико-ферментный синтез
Ферментный синтез гена на основе выделенной матричной РНК (мРНК)
Ферментный синтез гена на основе выделенной матричной РНК (мРНК)
Конструирование рекомбинантных ДНК
Конструирование рекомбинантных ДНК
Вектор должен обладать следующими свойствами
Вектор должен обладать следующими свойствами
плазмиды - представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК,
плазмиды - представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК,
Структура вектора, созданного на основе ДНК бактериофага
Структура вектора, созданного на основе ДНК бактериофага
Простейший плазмидный вектор pSC101
Простейший плазмидный вектор pSC101
Перенос генов в клетки организма-реципиента
Перенос генов в клетки организма-реципиента
Перенос генов в клетки организма-реципиента
Перенос генов в клетки организма-реципиента
Скрининг и отбор рекомбинантных клеток
Скрининг и отбор рекомбинантных клеток
Основные проблемы, возникающие при генетических манипуляциях
Основные проблемы, возникающие при генетических манипуляциях

Презентация на тему: «Молекулярно-генетические основы генетической инженерии». Автор: Admin. Файл: «Молекулярно-генетические основы генетической инженерии.ppt». Размер zip-архива: 1668 КБ.

Молекулярно-генетические основы генетической инженерии

содержание презентации «Молекулярно-генетические основы генетической инженерии.ppt»
СлайдТекст
1 Молекулярно-генетические основы генетической инженерии

Молекулярно-генетические основы генетической инженерии

2 Единицей генетической или наследственной информации является ген

Единицей генетической или наследственной информации является ген

Ген – это участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), несущей информацию об одной полипептидной цепи.

Молекулярная генетика исследует процессы, связанные с наследственностью на молекулярном уровне.

3 Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания моносахарида рибозы

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания моносахарида рибозы

или дезоксиорибозы остатка фосфорной кислоты

Молекула ДНК – полимер, состоящий из двух цепочек нуклеотидов

4 Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов

Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов

аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Вдоль нити ДНК азотистые основания прочно связаны между собой через моносахарид и остаток фосфорной кислоты фосфодиэфирной связью, между цепочками – через водородные связи аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину

5 ?А = ?Т или

?А = ?Т или

А / ?Т = 1 ?Г = ?Ц или ?Г / ?Ц = 1 ?(А + Г) = ?(Т + Ц) или ?(А + Г) / ?(Т + Ц) = 1 Количество комплементарных оснований А + Т и Г + Ц у разных видов живых организмов различно Отношение ?(Г + Ц) / ?(А+ Т) является важнейшей характеристикой ДНК, как показатель специфичности её нуклеотидного состава

Количественное соотношение нуклеотидов в молекуле ДНК известны в виде правил Чаргаффа

6 Информационной РНК (и-РНК)

Информационной РНК (и-РНК)

Информационная РНК – полимер, состоящий из одной цепочки нуклеотидов. В состав нуклеотидов также входят азотистые основания, моносахарид рибоза и остаток фосфорной кислоты Азотистых оснований в РНК также четыре: аденин, урацил, гуанин, цитозин

7 Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с

Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с

ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. Важно подчеркнуть, что и-РНК транскрибируется всегда только с одной цепочки ДНК в направлении от 3’ к 5’ концу

ДНК 5’– Т – Г – Г – Т – А – Т –3’ 3’– А – Ц – Ц – А– Т – А –5’ и-РНК 5’– У – Г – Г – У –А – У –3’

Схема строения ДНК и транскрипции и-РНК.

Направление

8 Расшифровка генетической информации

Расшифровка генетической информации

трансляция - расшифровка генетической информации происходит на рибосомах (полисомах), где осуществляется синтез полипептидной цепи белков по матрице и-РНК транспортные РНК (т-РНК) - доставляют аминокислоты к рибосомам и находят им своё место в полипептидной цепи, предусмотренное кодом

9 Свойства генетического кода

Свойства генетического кода

Генетический код триплетен, т.е. каждую аминокислоту кодируют три рядом стоящие нуклеотида (кодон). Триплеты УАА, УАГ и УГА являются стоп-кодонами.

10 Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов

Генная инженерия промышленно-важных продуцентов и целевых продуктов

11 Клеточная инженерия — одно из наиболее важных направлений в

Клеточная инженерия — одно из наиболее важных направлений в

биотехнологии. Она основана на использовании принципиально нового объекта — изолированной культуры клеток или тканей эукариотических организмов, а также на тотипотентности —уникальном свойстве растительных клеток воспроизводить целый организм. Генетическая (геннная) инженерия – это методы получения рекомбинантных (гибридных) ДНК из фрагментов геномов разных организмов, введение их в клетку и обеспечение условий для экспрессии чужеродных генов. При этом можно осуществить направленное конструирование (создание) организмов с заданными (нужными человеку) свойствами, что трудно (или невозможно) сделать обычными методами – гибридизацией, мутагенезом и др.

12 Генетическая инженерия, принципы, возможности

Генетическая инженерия, принципы, возможности

Области применения биологических агентов, полученных методами генетической инженерии

Модификация генетического материала осуществляется разными методами клеточная инженерия - в живом организме (in vivo) генетическая инженерия - вне его (in vitro)

13 Прогресс в области генетики бактерий и бактериофагов

Прогресс в области генетики бактерий и бактериофагов

Трансдукция -процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую осуществляется бактериофагом Конъюгация - процесс переноса части генетического материала (плазмид, бактериальной хромосомы) при непосредственном контакте двух бактериальных клеток. Репликация - процесс синтеза дочерней молекулы ДНК на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки

14 Свойства генетического кода Генетический код триплетен

Свойства генетического кода Генетический код триплетен

Кодон - каждую аминокислоту кодируют три рядом стоящие нуклеотида

15 Перенос информации с ДНК, находящейся в ядре, в цитоплазму, где

Перенос информации с ДНК, находящейся в ядре, в цитоплазму, где

реализуется синтез белка на рибосомах

последовательность триплетных кодонов, хранящаяся в ДНК, транскрибируется (переписывается ) в недолговечные молекулы информационной РНК (иРНК). Данный этап ДНК ? иРНК был назван транскрипцией, Этап иРНК ? белок – трансляцией. Перенос аминокислоты и определение ее местонахождения в синтезирующейся белковой молекуле осуществляет транспортная РНК (тРНК)

16 Механизм контроля генной активности

Механизм контроля генной активности

Показал, что у бактерий есть структурные гены - дающие информацию о синтезе определенных белков регуляторные гены - осуществляют включение или выключение отдельных генов или их блоков

17 Секвенирование

Секвенирование

Определение аминокислотной или нуклеотидной последовательности (от лат. sequentum — последовательность). В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде. Размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов (next-generation sequencing) и 1000 пар нуклеотидов при секвенировании по Сенгеру. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК, получают последовательности участков генов, целых генов, тотальной мРНК и даже полных геномов организмов

18 Названия «генетическая (или генная) инженерия» или «работа с

Названия «генетическая (или генная) инженерия» или «работа с

рекомбинантными ДНК» эквивалентны

Суть этой технологии заключается в воссоединении фрагментов ДНК in vitro с последующим введением новых («рекомбинантных») генетических структур в живую клетку

19 ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ НАДЕЛИТЬ КАКОЙ-ЛИБО ОРГАНИЗМ

ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ИСКУССТВЕННЫМ ПУТЕМ НАДЕЛИТЬ КАКОЙ-ЛИБО ОРГАНИЗМ

НОВЫМИ НАСЛЕДСТВЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ, НУЖНО ВВЕСТИ В НЕГО ХОТЯ БЫ ОДИН ЧУЖЕРОДНЫЙ ГЕН. ПРИЧЕМ, НЕОБХОДИМО ПРИГОТОВИТЬ (СКОНСТРУИРОВАТЬ) ФРАГМЕНТ ЧУЖЕРОДНОЙ ДНК, СОДЕРЖАЩИЙ ЭТОТ НУЖНЫЙ ГЕН. ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ЭТА ПРОЦЕДУРА С ПОМОЩЬЮ ДВУХ ОПЕРАЦИЙ: "РАЗРЕЗАНИЯ" И "СШИВАНИЯ". РОЛЬ ПОРТНЯЖНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ для генетического конструирования стали две группы ферментов – рестриктирующие эндонуклеазы (рестриктазы) и лигазы

20 Группы ферментов

Группы ферментов

Рестриктирующие эндонуклеазы (рестриктазы) - (своеобразные молекулярные ножницы), действуя на двухцепочечную ДНК, "узнают" в ней определенную последовательность нуклеотидов. Причем, каждая рестриктаза узнает только свою последовательность ДНК, прикрепляется к ней и разрезает ее в месте прикрепления. Рестриктазам безразлично, какую ДНК разрезать – человека или растения, бактерии или вируса, лишь бы в ней были распознаваемые участки. Это значит, что две совершенно несхожих между собой последовательности ДНК (допустим из клеток слона и лягушки) при обработке одной и той же рестриктазой легко можно сшить (слепить) друг с другом.

21 Рестриктазы распознают в молекулах ДНК очень короткие, но строго

Рестриктазы распознают в молекулах ДНК очень короткие, но строго

специфичные для каждого фермента участки длиной в 4 – 6 пар нуклеотидов и разрезают обе цепи ДНК посередине этих участков или с некоторым смещением

образуются обрывки с ровными (тупыми) концами стороны разрезаемых цепочек ДНК заходят одна за другую (липкими) концами поскольку они могут, как бы слипаться между собой в силу комплементарности

22 Виды рестриктаз

Виды рестриктаз

23 Некоторые рестриктазы и расщепляемые ими последовательности

Некоторые рестриктазы и расщепляемые ими последовательности

Рестриктазы

Участки распознования и места разреза ДНК

Bam I

EcoR I

Hind III

Hae III

Hpa II

Sma I

5`-г-г-а-т-ц-ц-3` 3`-ц-ц-т-а-г-г-5`

5`-г-а-а-т-т-ц-3` 3`-ц-т-т-а-а-г-5`

5`-а-а-г-ц-т-т-3` 3`-т-т-ц-г-а-а-5`

5`-г-г-ц-ц-3` 3`-ц-ц-г-г-5`

5`-ц-ц-г-г-3` 3`-г-г-ц-ц-5`

5`-ц-ц-ц -г-г- г-3` 3`-г-г- г- ц-ц-ц-5`

24 ДНК-лигаза

ДНК-лигаза

“сшивает“ между собой сахарофосфатные остовы двух фрагментов с образованием полной структуры двойной спирали ДНК

25 Этапы создания трансгенных организмов

Этапы создания трансгенных организмов

Векторная трансформация

26 Генетическое конструирование in vitro

Генетическое конструирование in vitro

Получение нужного гена (трансгена), намеченного для переноса Создание специальных генетических конструкций – векторов (переносчиков) Генетическая трансформация Молекулярная селекция Выращивание измененных клеток в целые трансгенные организмы

27 Получение генов

Получение генов

выделением из ДНК химико-ферментным синтезом ферментным синтезом

28 Выделение генов из ДНК

Выделение генов из ДНК

Проводят с помощью рестриктаз, катализирующих расщепление ДНК на участках, имеющих определенные нуклеотидные последовательности (4–7 нуклеотидных пар): Расщепление можно проводить посередине узнаваемого участка нуклеотидных пар; при этом обе нити ДНК «разрезаются» на одном уровне. Образующиеся фрагменты ДНК имеют так называемые тупые концы. Возможно расщепление ДНК со сдвигом, при этом одна из нитей выступает на несколько нуклеотидов. Образуемые при этом «липкие» концы в силу своей комплементарности вступают во взаимодействие.

29 Химико-ферментный синтез

Химико-ферментный синтез

Метод состоит из химического синтеза одноцепочечных фрагментов ДНК (олигонуклеотидов) за счет поэтапного образования эфирных связей между нуклеотидами, обычно 8–16-звенных

30 Ферментный синтез гена на основе выделенной матричной РНК (мРНК)

Ферментный синтез гена на основе выделенной матричной РНК (мРНК)

Сначала из клеток выделяют матричные РНК, среди которых присутствует мРНК, кодируемая геном, который требуется выделить. Затем в подобранных условиях на выделенной из клетки мРНК, как на матрице, с помощью обратой транскриптазы (ревертазы) синтезируется нить ДНК, комплиментарная м РНК (кДНК) Полученная комплиментарная ДНК (кДНК) служит матрицей для синтеза второй нити ДНК с использованием ДНК-полимеразы или ревертазы. Затравкой при этом служит олигонуклеотид, комплиментарный 3’-концу мРНК; новая цепь ДНК образуется из дезоксинуклеозидтрифосфатов в присутствии ионов магния

31 Конструирование рекомбинантных ДНК

Конструирование рекомбинантных ДНК

Вектор – это молекула ДНК, способная самостоятельно реплицироваться в клетках различных организмов и обеспечивать размножение (клонирование) и работу (экспрессию) встроенного в неё искусственно какого-либо гена. вектор (vehicle) – повозка

32 Вектор должен обладать следующими свойствами

Вектор должен обладать следующими свойствами

1. Способность к автономной (т.е. независимо от хромосомы реципиента) репликации в клетке реципиента. 2. Наличие сайта, в котором возможно встраивание желаемого фрагмента ДНК. 3. Наличие одного или нескольких маркерных генов, благодаря которым клетка-реципиент будет обладать новыми признаками, позволяющими отличить трансформированные клетки (т.е. содержащие рекДНК) от исходных. 4. Кроме того, чтобы чужеродный ген экспрессировался, необходимо его поместить под соответствующий промотор.

33 плазмиды - представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК,

плазмиды - представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК,

самостоятельно живущие в цитоплазме бактерий. плазмиды способны к автономной репликации, обладают генами устойчивости к различным антибиотикам, что позволяет легко обнаружить их присутствие в клетках плазмиды могут внедряться в хромосому клетки хозяина, а также имеют участки ДНК (сайты рестрикции) для действия ряда рестриктаз

34 Структура вектора, созданного на основе ДНК бактериофага

Структура вектора, созданного на основе ДНК бактериофага

35 Простейший плазмидный вектор pSC101

Простейший плазмидный вектор pSC101

Кольцевая плазмида pSC101 несет только один участок расщепления (сайт рестрикции) рестриктазой EcoR1 и превращается под действием этого фермента из кольцевой в линейную молекулу, концы которой могут «слипаться» между собой или с любыми фрагментами другой ДНК, полученными под действием той же рестриктазы. Кроме того, она несет ген устойчивости к антибиотику тетрациклину, а значит легко обнаруживается в бактериях, если их растить на среде с этим антибиотиком. Все эти свойства pSC101 и были использованы для создания и клонирования первых гибридных (рекомбинантных) ДНК, которые были бы функционально активными, то есть могли бы стабильно существовать в клетке и наделять (трансформировать) ее новыми признаками

36 Перенос генов в клетки организма-реципиента

Перенос генов в клетки организма-реципиента

Трансформация – это процесс изменения генетических свойств клетки в результате проникновения в нее чужеродной ДНК Установлено, что к трансформации способны лишь некоторые, так называемые компетентные, клетки (способные включать чужеродную ДНК и синтезирующие особый трансформирующий белок)

37 Перенос генов в клетки организма-реципиента

Перенос генов в клетки организма-реципиента

Конъюгация – один из способов обмена генетического материала, при котором происходит однонаправленный перенос генетической информации от донора к реципиенту. Этот перенос находится под контролем особых конъюгативных плазмид (фактор фертильности). Перенос информации от донорской клетки в реципиентную осуществляется через специальные половые ворсинки (пили)

38 Скрининг и отбор рекомбинантных клеток

Скрининг и отбор рекомбинантных клеток

идентифицируют и отбирают клетки, несущие вектор, на основе которого осуществлен перенос ДНК отбирают клетки, несущие вектор и ген-мишень Для этого используют две группы методов а. основанные на непосредственном анализе ДНК клеток-реципиентов б. основанные на идентификации признака, кодируемого геномишенью

39 Основные проблемы, возникающие при генетических манипуляциях

Основные проблемы, возникающие при генетических манипуляциях

Гены при трансформации, попадая в чужеродную среду, подвергаются воздействию протеаз, поэтому их надо защищать; как правило, продукт трансплантированного гена аккумулируется в клетках и не выделяется в среду; большинство желаемых признаков кодируется не одним, а группой генов

«Молекулярно-генетические основы генетической инженерии»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/molekuljarno-geneticheskie-osnovy-geneticheskoj-inzhenerii-209806.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Генная инженерия > Молекулярно-генетические основы генетической инженерии