» » » Геометрия и "живые" молекулы
Геометрия и "живые" молекулы

Презентация на тему Геометрия и "живые" молекулы


Презентацию на тему Геометрия и "живые" молекулы можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет презентации : Биология. Красочные слайды и илюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого презентации воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать презентацию - нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 59 слайдов.

Слайды презентации

Слайд 1: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 1

Геометрия и “живые” молекулы

Слайд 2: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 2

“Живые” молекулы

ДНК – центральный архив информации; содержит инструкции (1) по производству белков; (2) по тому, когда, каким клеткам и какие белки производить Белки – активные действующие лица, “живые” … РНК ….

Хорошо ли молекулы называть живыми?

Слайд 3: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 3

3D Геометрия – это наука о пространственных отношениях между телами, поверхностями, линиями и точками

Эвклид

3D = three dimensional = трехмерный

Слайд 4: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 4

Вот как выглядят белки

Порин из бактерии Klebsiella pneumoniae

Зеленый флюоресцентный белок из медузы Aequorea victria

Слайд 5: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 5

Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса

Слайд 6: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 6

А важна ли 3D геометрия молекул?

РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса – молекулярная машина по полимеризации новой молекулы РНК. Как всяка машина, молекулярная машина состоит из множества согласованно работающих частей

Слайд 7: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 7

Пример удачного описания 3D геометрии живого

Витрувианский человек

Леонардо да Винчи
Слайд 8: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 8

В чем состоит описание этого 3D объекта

Выделяем структурные единицы – части, эти части имеют названия Функции частей нам известны Подвижность частей нам тоже известна Внутреннее строение частей описано наукой (анатомией, физиологией) Важные геометрические параметры объекта и его частей и их вариации у разных объектов данного класса тоже описаны (рост, длина руки, форма зубов и др.)

Слайд 9: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 9

Как мы все это узнали?

Глаза… Длительное наблюдение за объектами Возможность измерять …. Анатомия, физиология, биометрика …. ….

Слайд 10: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 10

“Живые” молекулы - маленькие

ДНК: толщина - 20Å , длина - ? (участок из 10 пар оснований имеет длину около 35 Å) (геном кишечной палочки – около 5 млн пар оснований 4639675 п.о.) (геном человека – более 3 млрд пар оснований) РНК: тРНК имеет диаметр около 70Å Диаметр белка может быть от 10 до многих сотен ангстрем (и даже тысяч)

Слайд 11: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 11

Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую клетку, то увидели бы …..

Слайд 12: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 12

Разные молекулы (вода, ионы, маленькие молекулы – лиганды, белки и др.) налетают со всех сторон. Разобраться что к чему непросто!

Темно …
Слайд 13: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 13

Как же нарисовали модели белков?

Рентгено-структурный анализ - примерно, одномоментная фотография одной молекулы (или одновременно нескольких связанных друг с другом молекул), образующих кристаллическую структуру. Не видим: движения белков, подвижность отдельных частей(*), поведения при встрече с другими молекулами и др. Приходится а) проводить эксперименты; б) интерпретировать результаты и, часто, догадываться о том, что происходит

(*) не совсем так, иногда кое-какие движения можно восстановить на основании экспериментальных данных – ЯМР, например.

Слайд 14: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 14

Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса, наверное, должно выглядеть так:

(нарисовано на основе существующих на сегодня 3D структур и многих других экспериментальных данных)

Слайд 15: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 15

Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков

(1) Основная функция жирафа – поедание верхней кроны листьев (2) путь развития жирафа до зрелого белк.., извините, организма (3) проблема функции хвоста жирафа осталась бы нерешенной и загадочной:

Если бы биосфера была размерами с одну клетку, мы смогли бы – современными экспериментальными методами установить, что:

удаление хвоста генно-инженерными методами не приводит к невыполнению функции, однако хвост закрепился в эволюции !!!???.

Слайд 16: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 16

ДНК – архив информации Значит, должны быть

Писатели (???!!!) Читатели, которые используют информацию Архивариусы, которые следят за тем, чтобы нужную информацию получали нужные читатели, заботились об архиве Копировщики архива (клетки размножаются)

Слайд 17: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 17

Два способа чтения ДНК белками

Фрагмент нуклеосомы лягушки Xenopus laevis

См. Rasmol

ДНК находится в B-форме. В такой форме она обычно хранится в хромосоме

Слайд 18: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 18

В ДНК закодирована информация

AAATTGCGCTTTCCAGGG … или вроде того И как же ее переписать, разглядывая (нам, людям) или “щупая” (ДНК-зависимой РНК-полимеразе)? AGCTGAATTCAGCTGAAC

Слайд 19: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 19

Этим и займемся – для участка ДНК

Где же буквы A, T, G, C?

Чтобы найти буквы нам (людям) нужно упростить картинку, найти и назвать части молекулы

Слайд 20: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 20

Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)

Слайд 21: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 21

В каком направлении читать ДНК?

Слайд 22: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 22

Глазами легко увидеть различные пары оснований

A C T G
Слайд 23: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 23

ДНК-зависимая РНК-полимераза

только переписывает буквы расплетает две цепи ДНК изгибает одну цепь так, как ей удобно работает с каждым основанием по отдельности располагает это основание в стандартном положении коды атомов основания – донор протона или акцептор протона позволяют ей правильно подобрать комплементарное основание

Слайд 24: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 24

Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы

Слайд 25: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 25

Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК

Кислород, акцептор протона

Азот, донор протона

Азот, Акцептор протона

Слайд 26: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 26

Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)

Кислород, акцептор

Азот, донор Азот, акцептор
Слайд 27: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 27

Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей

История про белок TetR

Слайд 28: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 28
периплазма цитоплазма diffusion TetA efflux Белок TetA БАКТЕРИЯ

МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО

Идея бактерии простая, но так просто не получается 

Слайд 29: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 29
O2 O1 Белок TetR tetR tetA ДНК Гены не работают

Участки ДНК, узнаваемые TetR

Слайд 30: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 30
TetR+Tc

При связывании с Tc белок TetR перестает связываться со “своим” участком ДНК

Слайд 31: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 31
Гены работают
Слайд 32: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 32

Вот он, белок TetR, собственной персоной

Димер TetR, взаимодействующий с двумя молекулами тетрациклина

Слайд 33: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 33

Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК участок с последовательностью

CTATCATTGATAG

(или очень на нее похожей) и связаться с ним. Расплетение двойной спирали ДНК не предусмотрено!

Слайд 34: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 34

Давайте читать ДНК, на расплетая цепей!

Так ничего не понять!

Нужно выделить части!

Слайд 35: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 35

Какие атомы на поверхности ДНК различаются в зависимости от оснований ДНК (“букв”)?

Акцептор протона Донор протона

Большая бороздка ДНК:

Малая бороздка ДНК:

Основные различия – в большой бороздке!

Слайд 36: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 36

“Химический код” в большой бороздке ДНК

A-T T-A G-C C-G

Гидрофобная группа атомов (-CH3 )

Слайд 37: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 37

Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность ДНК, не расплетая двойной спирали.

Но у белков нет глаз, им приходится работать на ощупь, различая атомы по их свойствам

Очевидно, важна геометрия большой бороздки ДНК!

Слайд 38: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 38

Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью, называемой “Геликоид”.

Определение 1. Геликоид – поверхность, образованная равномерным вращением отрезка, перпендикулярного оси, и равномерно перемещающегося вдоль нее.

Слайд 39: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 39

Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой, натянутой на двойную спираль из проволоки (т.н., минимальная поверхность)

Двойная спираль Геликоид
Слайд 40: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 40

Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом

Параметры геликоида подгоняются к каждому участку ДНК. Поэтому геликоид искривлен

Слайд 41: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 41

Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью геликоида

Слайд 42: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 42

Давайте изобретать белок для распознавания ДНК!

Белок глобулярный, т.е. сохраняет свою форму, очень условно, эллипсоидальную В нем нет длинных гибких “щупалец” Значит, надо изобрести структурную единицу белка, помещающуюся в большую бороздку Такой структурной единицей может быть альфа-спираль

Слайд 43: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 43

Вот как это делает тетрациклиновый репрессор

Слайд 44: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 44
Некоторые выводы

Одна молекула белка взаимодействует с коротким участком ДНК - 4-5 пар оснований В большой бороздке ДНК белок ищет шифр в области поверхности большой бороздки; для него ДНК не разделена на пары оснований Форма поверхности большой бороздки важна для узнавания своего участка ДНК

Слайд 45: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 45

Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок. 10 пар оснований, как минимум…

Димеризация белка – это способ удлинить узнаваемый участок Какое свойство последовательности регуляторного участка ДНК (участка, который узнает регуляторный белок) следует ожидать из-за того, что этот белок димеризуется?

Слайд 46: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 46

Димер тетрациклинового репрессора на ДНК

Вид сбоку

Вид со стороны ДНК

Слайд 47: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 47

Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессором

Что в ней особенного?

Слайд 48: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 48

Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой последовательностью Люди (даже ученые  ) не научились как следует решать эту задачу!!! Задача. Дан регуляторный белок; знаем все о его строении. Найти участок ДНК, с которым этот белок свяжется – т.е. указать последовательность ДНК этого участка

Слайд 49: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 49

Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания

Роль растворителя – воды, ионов Геометрия участка ДНК может зависеть от последовательности оснований Изгибаемость двойной спирали ДНК может зависеть от последовательности оснований …..

Слайд 50: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 50

Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином, перестает связываться с ДНК?

Две структуры наложе друг на друга В структуре с тетрациклином, например, глютамин-38 изменил свое положение по сравнению со структурой с ДНК и наезжает на ДНК.

Слайд 51: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 51

Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:

Ничего общего?
Слайд 52: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 52
Порин

Зеленый флюоресцентный белок

Скелеты похожи!
Слайд 53: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 53

Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60 одинаковых молекул белка.

Задача. Как сшить сферу из одинаковых лоскутов?

Слайд 54: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 54

Вот адрес базы данных PDB, в которой хранятся 3D структуры белков, ДНК, РНК:

http://www.rcsb.org/ Ключевое слово

Сохранение файла в формате PDB (нужно знать PDB код, например, 2trt)

Слайд 55: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 55

Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D структуры в формате PDB

http://www.openrasmol.org/doc/rasmol.html

Версия 2.7.3 под Windows и help file

http://www.scripps.edu/mb/goodsell/pdb/

По этому адресу найдете описание многих важных белков и их 3D структур (англ.)

Слайд 56: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 56

Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации

Нуклеосома 1aoi Зеленый флюоресцентный белок 1hcj Порин 1osm Тетрациклиновый репрессор в комплексе с тетрациклином 2trt (скачивать Biological unit) Тетрациклиновый репрессор в комплексе с ДНК 1qpi (скачивать Biological unit) РНК-зависимая РНК-полимераза 1ra6

Слайд 57: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 57

Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов

Слайд 58: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 58

Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк

Слайд 59: Презентация Геометрия и "живые" молекулы
Слайд 59
Вирус ящура

Другие презентации по биологии



  • Яндекс.Метрика
  • Рейтинг@Mail.ru