Chapter 1 Molecular Genetics

1.

1. 1. 1.1.1.

, - , . -

, , -, . -, - , . , , 2-, (-) (2-) (. 1.1). 1 5. (), . , .

. 1.1. 2-

, , - (. 1.2). , , . - ,

. - -. - - (1) - 9 - 1 - . N- . , - (. 1.3 ).

. 1.2.

. 1.3.

(4), 5- (. 1.3 ). - , , , . , , . -

1

( - , ) - ( ).

1.1.2.

. 2 5- (dATP, ), 2 5- (dGTP, G), 2 5- (dTTP, T) 2- 5- (dCTP, C). - -. 5- 3 -, - . - 3-5 (--) (. 1.4). 5 , 5- 3 , 3-. - , 53 35.

- , . - 53 ( ). , . n - 4n, , , 6 46 = 4096 , 1000 - 41000, .

. 1.4.

1.1.3. , -

(. 1.5). 1953 . . , . , , . - , . , () , - .

2

- , - . 10 -. 34, - 3,4. - 20 - , (. -). -, , - 53, - 35. , - -. , -. , -

. -. , , , - .

. 1.5.

, - , . , , , - -. , , - . -, - -. , D E, . - , Z-, - , - . , Z-.

1.1.4. . -

, . , . , . , G C . G C - . ,

3

. 1.6. .

- (. 1.6). - G-C - , , , , . - G , , . , , . . , , - .

. -. in vitro - , 260 nm, , . . , , - - , , .

1.1.5.

, . 2- , , (. 1.7). - , . -

, .

. 1.7.

1.2.

1.2.1. ,

. , , - . , . - 100 - (bp). - , . 30 000 , 23 . , - , .

4

30% . , -, . . - . / -/ (sense/antisense), . , (leading strand), (lagging strand), - , . - .

. - , , n 4n. . - , , .

1.2.2. ,

, (clusters). - .

. , , , . E. coli. (lac-), , - . , - , lac- - . - , (. 1.8).

. , . - . . , . -, . . . 5S (). 2 000 , . , , . - , (, , , -), (). , -

. 1.8. (lc) . (lac Z, lac Y lac A)

5

, .

1.2.3.

. , -. . . - . , - (. 1.9). - -. , . . - -, . . - , - (), . , . , .

. 1.9.

1.2.4.

, - . , , . , , . , , . - , , . , , , , - , . - - .

1.2.5. ,

, . , - (. 1.10). 50 . , - - . - ,

6

, . . .

1.2.6.

, , , -. , . - , . . , - , - . , .

. 1.10.

1.3. -

. - , . (). 43 = 64 , 20 - ( 1). -, , - , . - . , . ACU, ACC, ACA ACG . , (wobbling). , - . 64 61 . , UAG, UGA UAA , . , AUG, . , - , , .

7

1.

- (5-) U C A G

(3-)

U C A G

Phe UUU Phe UUC Leu UUA Leu UUG Leu CUU Leu CUC Leu CUA Leu CUG Ile AUU Ile AUC Ile AUA Met AUG Val GUU Val GUC Val GUA Val GUG

Ser UCU Ser UCC Ser UCA Ser UCG Pro CCU Pro CCC Pro CCA Pro CCG Thr ACU Thr ACC Thr ACA Thr ACG Ala GCU Ala GCC Ala GCA Ala GCG

Tyr UAU Tyr UAC Stop UAA Stop UAG His CAU His CAC Gln CAA Gln CAG Asn AAU Asn AAC Lys AAA Lys AAG Asp GAU Asp GAC Glu GAA Glu GAG

Cys UGU Cys UGC Stop UGA Trp UGG Arg CGU Arg CGC Arg CGA Arg CGG Ser AGU Ser AGC Arg AGA Arg AGG Gly GGU Gly GGC Gly GGA Gly GGG

U C A G U C A G U C A G U C A G

1.3.1. , -

(reading frame) . , . ; -, (. 1.11).

1: 5 AUG ACU AAG AGA UCC GG -3 Met Thr Lys Arg Ser 2: 5A UGA CUA AGA GAU CCG G -3 Stop Leu Arg Asp Pro 3: 5 AU GAC UAA GAG AUC CGG -3 Asp Stop Glu Ile Arg

. 1.11. , .

, -, (open reading frame ORF). ( ) - .

1.3.2. , -

. , , .

8

, , 20 , . . UGA, - , AGA AGG, . AUA, . , - , . . - UAA UAG, , - .

1.4.

1.4.1.

. , , . . - (. 1.12). . , (sense, +). - - ( ) () ().

- (ATP, GTP, CTP, UTP). , , 3- 5- , - . , . - 3- . 5-3 (-) , 3-5.

. 1.12. -,

1.4.2. , -

, . -, : , ,

9

(2). . () - - - , - -. - .

1.4 2.1.

, . - -, - , - - (upstream) - . - - , - . E. coli ,

() - -10 ( ) -35 . , , (consensus). -, -35 . - , -. -, , - . 60 , -10 -35 . , - -10 , - - () . , -. , (. 1.13).

. 1.13. ,

10

1.4 2.2.

. - 3- , - . , -

. - - -, - -. - - - . - - -

12-17 , , . , - , () - . (. 1.14).

. 1.14.

1.4 2.3.

, , - . -, , . , , - , - (. 1.15). , . - 5-10 - () , - -U - . ,

. 1.15. -

11

-, -U - . - , , Rho (), , -. -, - .

, - , , . , - . , .

1.4.3. , -

-. - ( I, II III), . - .

1.4.3.1. II

. 1.16. II -

, . II -

, . ( ) , - , - II. - 5 -(/)(/) 3 25 (upstream) . - . - - , - II. TFIIA, TFIIB, TFIIC .. - II.

12

. TFIID, TFIIA, - TFIIF, , H J, (. 1.16).

, . . - . , GC, 100-200 .

, - . , - . (), . , (enhancer), . , - , . - , (silencers), .

II - , . - , 3- - . - , , - .

I III - II , - (TFI I TFIII - III).

1.4.3.2. I , (18S, 28S,

5.8S). , I , , - , 100 - . I - . - , - . 18 800 .

1.4.3.3. III , 5S -

. , III , . (internal control regions, ICR) 100 . 5S , - -, III. -, -, . ICR -

13

- - -, III. III , -, - .

1.5.

1.5.1. , ,

. , .

() , . - () . - , (). , , .

1.5.2. 74-95 . -

, , , (. 1.17). - -, . :

, - - 3 5- . , 3- - -.

. 1.17. -

D- ( DHU) -, - (D), .

, . , - .

. , 2-3 ( I ) -, 13-21 ( II ).

, , () -, .

,

14

. - . , - -. - .

. - (3D), -- (. 1.18). -, - , , - - 3D . - , -

. , - -. 3D - - - -.

. 1.18. (3D)

. 1.19.

1.5.3. -

- III (. 1.4). -, , . , -, (), (. 1.19). -, - , - 3 5- . - D

15

, . -, , -. , - , , , . 3- CCA, - ( ). , , - . , D, .

1.5.4. , -

. - : . 7-

. . -

. -.

. -.

. . .

. - 4-.

- . -.

50 , . , .

1.6. 1.6.1. -

, - (), . . - - . 20 000 , 80% 10% . - ( - ) -

. S,

. 1.20. -

16

( ), ( ), . S , .

, (. 1.20). E. coli 70S 50S 30S ( S ; ). (50S) (23S 5S) 31 . 30S (16S) 21 . - 80S 60S 40S . 60S 28S, 5.8S 5S 40 ; 40S - (18S) 33 .

, - , - . , , - , . (), - , - .

1.6.2.

, , . , . , , . E. coli , . 16S, 23S 5S , . , . - (30S), , (. 1.21).

. 1.21. E. coli

17

. - , ( -). . - . - - ( III), - (16S, 23S 5S). - 3 5 -, 5, 16 23, .

1.6.3. -

18S, 28S 5.8S , - , (. 1.22). - 200 , - 40 . - I , -. - (45S), , 18S, 28S 5.8S (. 1.22b). 5S - - III 121 , - . - - -

. . . , , (snRNA), (snRNP, snurps). 18S, 28S 5.8S , - . (external transcribed spacers, ETSs). (internal transcribed spacers, ITSs), 20S 32S . - 18S, 28S 5.8S . - 5.8S 28S .

. 1.22. () ; (b) -

1.7. 1.7.1. ()

, II.

18

. , . , -, . , - (processing), . - , (splicing), . - 5- , -, (caping). 3- - 250 . . , II - ( ) (hnRNA).

5 . - .

1.7.2. -

-, , () . -, .

- -. 5- GT, 3- AG. - , . - 5- 5AGGTAAGT 3, a 3- 5YYYYYYNCAG 3 (Y e , N -).

, 10-40 - 3- - 5 CURAY 3 (R ). (branch point sequence). (. 1.23). 2- - GT 5- (5-

. 1.23. -

19

). , 5- . , (lariat). 3- G AG 3- (3- ), .

- , - - (snRNPs, snurps). - , , U- (snRNAs), . sn, - U1, U2, U4, U5 U6, - . U-, - , U4 U6. - -- ( -). U1 sn 5- , U2 sn . - , U5 U4/U6 U1 U2,

() . - , , - (. 1.24). , . , . , .

. 1.24.

, , , . , , . , .

1.7.3. 5- ,

(capping), , 7-. 7- ,

20

GTP 5-5 . , - , 2- . - 5- , - .

1.7.4. - 3-

250 , - . - -. , 5AAUAAA 3, 3- -. 11-20 YA (Y -), - , GC . , 5AAUAAA 3. - 3-. - - , 3- - . - , , - .

1.7.5. , ,

. , - . -, , . . 6 , , - . , . , .

1.7.6. , , -

, . -, .

. 3- (. 1.25). - , (upstream), , -

. 1.25. - () (b)

21

(downstream), . -

, , . , - , . - , - . , .

- , (RNA editing). - , . , , - . , . -, U, . - . - , , . - 10.

1.8.

1.8.1.

. 1.26.

, . -, , , . , , . -, (. 1.26). -

31 40 , 20- . - . , - . - , , . - - -. -

, 5CCA 3. 3- () . , - , (). -

22

, . - . . , , , .

1.8.2. ,

, , . , , . - , - , , . , 64 (). , - 61 20 , . , , (degeneracy of the genetic code). , . , , , , (wobble). , , (-) (). - . G U, , ( , - , U. - , . , - . - , .

1.8.3.

, -. . , - . (accessory proteins) - . - , GTP ( ). GTP - (, .), . - . 90% .

23

1.8.3.1.

, -. - (. 1.27). - UG (- GUG UUG), . (30S) AUG (upstream). - - (Shine-Dalgarno, 5AGGAGGU 3), . , 30S - 3 , AUG, - 10 - (downstream). - - 5- . , AUG , -

AUG . AUG , - , (met). (-) (fmet). , . fmet, - . AUG , - . (ifmet), , AUG . - .

. 1.27. E. coli

, (IF). , IF1, IF2 IF3. - IF1 IF3 30S. , -

24

, . - IF2, GTP . . AUG . , IF3. . - , , IF1 IF2 GTP (. 1.27).

, , - AUG, . - ( 9), . (eIF2 I eIF 3), - (IF2 IF3). - , . ATP. eIF-4B, 5 .

1.8.3.2.

, . () (. 1.28). ifmet, AUG. . . , - . - - , - .

- -, (EF). , EF-Tu EF-Ts, -. F-Tu - ,

25. 1.28. E. coli

GTP. GTP EF-Tu, (GDP). , EF-Tu EF-Ts. EF-Ts GDP, GTP EF-Tu, EF-Ts (. 1.29). , eEF-1, . GTP. eEF-1, , EF-Tu EF-Ts.

. 1.29. EF-Tu/GTP

, - , - . - (-) -, , . - , - . - , EF-G , -, GTP. - GTP, . EF-Tu EF-G - - . , - . - EF-G eEF2, GTP - . , - -.

. 1.30. E. coli

1.8.3.3. ,

(. 1.30). , - . - ,

26

(release factors), . E. coli RF-1 RF-2. RF-1 UAA UAG, RF-2 UAA UGA. RF-3 . - - , .

eRF GTP . eRF . , , . , .

1.8.4. - -

, . - . , (C) (N) . , , , , - (). , - . , - , -, - . .

1.9.

1.9.1. , .

. . - (. 1.31). , , , .

- -. - -. - E. coli - - I III.

5 ( , , , ). - , . - -

. 1.31.

27

. 3-5 , , 5-3 . - 5 .

1.9.2.

, , () - . , (origin)

, - . - ( -) . , - - - (. 1.32). - : .

- - , - -

(single-strand binding protein, SSB), .

. 1.32.

. - 5-3. ( 5-3, 3-5)

28

. 1.33 () (b)

. , (leading) , , - (. 1.33). , (lagging) - . , (. 1.33b).

(priming). , - , . (primer) , , - . , . E. coli III , . , . - I, (. 1.34). . - , . , - , - . . - , .

(). , . (. 1.34).

1.9.3. , a ,

, , . - . -

. 1.34.

29

, , . - , (), - (. 1.35). , ,

.

. . , - - - , .

, , . I - , - , , -. . - , , . II, - , . II .

1.9.4. . -

-, (. 1.36). , . - G1, . S , . - G2 , . ,

-. G1 . - , G0, - . , G0 .

- , - . - -

. 1.35. - ()

. 1.36.

30

, , . . 50-100 000 , 40-200 , . - 50 S . , - , -.

- , - . -, . (100-200 ), (1000-2000). . - , - 5 , , . -, . a , , - ( ) , . 5TTAGGG 3. 3- 5- . , , -

. , - . , - . - - , - -. - - - 5- - (. 1.37). , - e

o , .

. 1.37.

31

1.10.

1.10.1. -

. - , , - . - , , - . , - .

, . . - . - :

, - -

.

1.10.2. , , -

, . -, , . -, , -. E. coli . - , . - . , , . - . - (lac), , -. , , , . (trp), .

1.10.3. (lac) operon , -

E. coli. --, - , -, ( ) - , - . , . lac A, Z Y. . (upstream) - , lac I, ,

32

lac , lac Z, Y A. , , lac Z. , -. , . , , - . - , . -

. - - , - . , . , - , - (. 1.38).

1.10.4. , -

lac , . , , . lac , -, , (catabolite activator protein)

. 1.38. lac- () (b) ()

33

(. 1.39). (upstream) . - ATP, - (cAMP), . , cAMP o ATP, . - , cAMP -. lac . , , cAMP , lac . , lac . -, lac .

1.10.5. (trp)

, , - . , . (. 1.40). , trp . trp , trp ,

. 1.39. lac-

. 1.40. (trp)

34

. , - , - . . , - trp .

1.10.6.

, , - (. 1.41). , trp trp - -. , . . - - -. - , , - . - . , - 5 . , 5-. - . 14 , , . 14 . - , , - . , -, , , . , , - . . , - .

35

. 1.41. trp . () trp , ;(b) trp , , ,

, , , . trp , - , . . trp , , . trp (phe), (his, leu thr) .

1.10.7. (2, , , ).

, () , , . , - . coli, -, - . , - . - - : . -

E. coli 17 , . 32 , .

Bacillus subtilis. . , , , - , . B. subtilis .

. , , (. 2.8). , , , , -.

1.11.

1.11.1. , 30 000 .

, . . 15% ; - . . , , - . . -, , , . ,

36

. -. , . - , , - .

1.11.2. -

, . , , - , . , (. 1.42). - . -.

, II. - (TIC), , , TATA (. 1.4). 5(/)(/) 3 , 25 bp (upstream). -. , - , , , - . , , , .

. 1.42.

, ,

37

I, - . - . , . - . , . - .

- , , . 100-200 , , . , . . - - , . , . (silencers) . , - (locus control elements), - . -, .

1.11.3. , ,

. , - II, TIC. : , . , -. - . - -.

. :

; ; . -

, (motifs) (. 1.43). , -

. --. , - . , , . , -

38

, , - -, (homeobox). - .

(Zink fingers). - , 22 4. 22 12 , , . , - -, , - . - - .

Sp1. 4 , , . .

. 1.43. . () --; (b) . () bZip

. , - - (HLH), (bZIP) HLH . - , .

:

, , . , - , , -. , . , - .

HLH , , - . , -. (), - (). -

39

, . MyoD, - , - .

, -, . , . , ( Ga14 ), ( Sp1), - ( c-Jun Ap2 Oct-2).

TIC . - TIC .

. . , - . , , : () - ; (b) , () .

1.11.4. , , ,

. , , , , . , , . . , , . - . , - . - , , . , , . , .

40

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