SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 156
Baixar para ler offline
Санкт-Петербург, 7-11 июня 2015 г.
Что должен знать генетик о
химии ДНК и химических
основах мутагенеза
Никита Николаевич Хромов-Борисов
8-952-204-89-49 (Теле2);
8-921-449-29-05 (МегаФон)
Nikita.KhromovBorisov@gmail.com
http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov
https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov
http://www.slideshare.net/ssuserb22936
Мы живем в структурированном мире
• Если бы Вселенная состояла из одних бозонов (частиц с целым
значением спина), то в одном квантовом состоянии находилось бы
неограниченное количество одинаковых частиц и никакой
структурированности не было бы.
• Структурированность нашей Вселенной обусловлена фермионами
(частицами с полуцелым значением спина).
• Тогда в одном квантовом состоянии может находиться не более
одной частицы (принцип Паули).
• Именно этот принцип (запрет Паули) ответственен за устойчивость
электронных оболочек атомов и делает возможным существование
сложных химических элементов.
2
• Мы живем в структурированном мире.
• Поэтому наиболее плодотворный путь познания
Природы состоит в выявлении взаимоотношений между
структурой и функцией, структурой и активностью на
всех уровнях организации материи, начиная с атомов и
молекул.
• Наука, в которой такие связи установлены, приобретает
предсказательную силу.
• В частности, для понимания структуры и функции ДНК и
химических основ мутагенеза необходимы твердые
знания основ структурной химии.
3
Нужно знать ответы на вопросы:
• Чем обусловлено разнообразие химических элементов?
• Почему углерод четырехвалентен, хотя в основном состоянии он
должен бы быть всего лишь двухвалентным?
• Почему азотистые основания в нуклеиновых кислотах двухмерные
(плоские), а дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты
трехмерные?
• Почему основная (каноническая) трехмерная структура ДНК -
правозакрученная винтовая линия (спираль)?
• Какие места в компонентах ДНК наиболее «слабые», т.е. наиболее
подвержены химическим изменениям, каким именно изменениям
и под действием каких физических и химических агентов?
4
5
6
Джеймс Уотсон и Френсис Крик
James Dewey Watson, (род. 06.04.1928);
Francis Harry Compton Crick (08.06.1916 – 29.07.2004)
7
Френсис Крик с сыном Майклом, 1942 г.
8
19 марта 1953 г.
Письмо Френсиса Крика 12-летнему сыну Майклу
• Мой дорогой Майкл,
• Джим Уотсон и я сделали возможно
самое важное открытие.
• Мы построили модель для структуры
дез-окси-рибо-нуклеиновой-кислоты
(прочти это старательно), кратко
называемой Д.Н.К.
• Ты наверное помнишь, что гены в
хромосомах – которые несут
наследственные факторы – сделаны из
белка и Д.Н.К.
• Наша структура очень красива.
• Д.Н.К. можно представить как очень
длинную цепь с торчащими вбок
плоскими частями.
• Плоские части называются
«основаниями».
• Формула выглядит вот так:
9
• Далее, у нас присутствуют две
такие цепи, обвитые одна
вокруг другой – каждая
является спиралью.
• Цепь, составленная из сахара и
фосфора, располагается на
внешней стороне, а все
основания, обращены
вовнутрь.
• Я не могу нарисовать ее очень
хорошо, но выглядит это
примерно вот так:
• Сама модель выглядит куда
более привлекательной.
10
• Наконец, захватывающая вещь
состоит в том, что в то время как
различных оснований 4, мы
обнаруживаем, что мы можем
составить из них только
определенные пары.
• У этих оснований есть названия.
• Это Аденин, Гуанин, Тимин и
Цитозин.
• Я буду называть их A, G, T и C.
• Теперь мы обнаруживаем, что
пары, которые мы можем
образовать – одно основание на
одной цепи объединяется с
основанием на другой – это
только: A с T и G с C.
Тогда на одной цепи, как мы можем
видеть, можно иметь основания в
любом порядке, но если их порядок
фиксирован, то их порядок на другой
цепи тоже фиксирован.
Например, предположим, что первая
цепь такая, как указано слева, то
вторая должна быть такой, как справа.
11
• Это похоже на код.
• Если ты имеешь один набор букв, то
ты сможешь выписать другие.
• Теперь предположим, что Д.Н.К.
является кодом.
• То есть порядок этих оснований (букв)
создает отличие одного гена от других
(точно так же как одна печатная
страница отличается от другой).
• Теперь ты можешь видеть, как
Природа создает копии генов.
• Потому что когда две цепи расплетутся
на две отдельные цепи, и если затем
каждая цепь создаст на ней другую
цепь, то поскольку A всегда
объединится с T, а G с С, мы получим
две копии той цепи, которую имели
вначале.
12
• Другими словами, мы думаем, что мы нашли основной механизм
копирования, с помощью которого живое происходит от живого.
• Красота нашей модели состоит в том, что ее форма такова, что могут
образовываться только эти пары, хотя они могли бы образовываться
и другим способом, если бы плавали свободно.
• Ты можешь понять, что мы очень рады.
• Через день или около того мы должны отослать письмо в Nature.
• Прочти это письмо внимательно, чтобы понять его.
• Когда вы вернетесь домой, мы покажем вам модель.
• С любовью, папа
13
Все на продажу
• Майкл Крик выставил это рукописное письмо на аукцион Кристи 10
апреля 2013 г.
• Письмо было приобретено по телефону анонимным покупателем за
5,3 миллиона долларов.
• С учетом дополнительных сборов, выручка составила чуть более $ 6
миллионов.
• Половина вырученных средств была передана Институту
биологических исследований Солка в Сан-Диего, Калифорния, где
Фрэнсис Крик, который умер в 2008 году, был профессором.
• Эта выручка побила рекорд письма, написанного Авраамом
Линкольном, которое было продано в 2008 году за 3,4 млн. долл.,
включая налоговые сборы.
14
Уотсон и Крик –
близнецы-братья или комплементарные и
антипараллельные переплетения мысли?
15
Реконструкция модели ДНК 1953 г.
16
Урок 1
• Масштабные атомно-
молекулярные
модели –
эффективный
инструмент обучения
и исследований.
17
Рентгенограмма, фото № 51 Розалинд Франклин
18
19
Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) (25.07.1920 —
16.04.1958) — английский биофизик и учёный-
рентгенограф, занималась изучением структуры ДНК.
20
• Дж. Д. Бернал назвал снимки, полученные
Франклин с помощью метода
рентгеновской дифракции «одними из
самых красивых снимков какого бы то ни
было вещества, когда либо полученных до
этого времени».
21
Джон Десмонд Бернал (John Desmond
Bernal; 10.05.1901 — 15.09.1971)
• — английский физик,
кристаллограф, биохимик и
социолог науки, общественный
деятель.
• Пионер рентгеновской
кристаллографии.
• Наряду с Опариным разработал
теорию возникновения жизни.
• Иностранный член АН СССР
(20.06.1958), вице-президент
Всемирной федерации научных
работников, Президент
Всемирного Совета Мира (1959—
1965), лауреат Международной
Сталинской премии «За
укрепление мира между
народами» (1953).
22
Морис Хьюг Фредерик Уилкинс (Maurice Hugh Frederick Wilkins; 15.12.1916 — 05.10.2004) — биофизик,
лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года (совместно с Джеймсом
Уотсоном и Фрэнсисом Криком) «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых
кислот и их значения для передачи информации в живой материи».
23
Урок 2
• Устанавливая структуру биомолекулы,
желательно задумываться о ее
биологическом предназначении, о ее
биологической функции.
24
Различные уровни представления
химических структур
25
26
27
Вторичная структура ДНК
28
29
Полиморфизм пространственной
структуры ДНК: A, B и Z-формы
30
Полиморфизм пространственной структуры ДНК:
31
Урок 3 и его следствие
• ДНК – гибкая молекула и ее различные
пространственные формы исполняют
разные функции и по-разному реагируют с
различными агентами.
• Иными словами, реакции ДНК с
различными агентами являются
топохимическими и/или контекст-
зависимыми.
32
Pyne A., Thompson R., Leung C., Roy D., Hoogenboom B.W. Single-molecule
reconstruction of oligonucleotide secondary structure by atomic force
microscopy, Small, 2014; 10(16): 3257–3261
33
34
35
Пептиды активного долголетия и ревитализации
• Модель комплементарного
взаимодействия пептида Ala-
Glu-Asp-Gly с двойной
спиралью ДНК (комплекс ДНК-
пептид на промоторном
участке гена теломеразы).
• Хавинсон В.Х., Анисимов В.Н.
35-летний опыт исследований
пептидной регуляции
старения. Успехи геронтологии,
2009. Т. 22. № 1. С. 11–23.
• Хавинсон В.Х. Пептидная
регуляция старения. – СПб.:
Наука. 2009.
Crick F.H.C. An error in model building. Nature, 1967; 213:798
36
Урок 4
• Без подтверждения структуры с помощью
масштабных молекулярных моделей
всяческие гипотетические построения
почти наверняка обречены на провал.
• И выводы могут оказаться ложными.
37
Нумерация атомов в молекулах оснований
38
Примеры структур нуклеотидов
39
Аденин: 6-аминопурин
40
Гуанин: 2-амин-6-оксопурин
41
Тимин: 5-метилурацил
(2,4-диоксо-5-метилпиримидин)
42
Цитозин: 2-оксо-4-аминопиримидин
43
Тимин и цитозин
44
Аденин и гуанин
45
D-рибоза и D-2-дезоксирибоза
46
Рибозо-5-фосфат
47
Почему основания плоские, а
дезоксирибоза – нет?
Периодическая таблица элементов
Д.И. Менделеева (фрагмент)
49
Ядерный синтез и происхождение
элементов
• Вскоре после второй мировой войны Георгий
Антонович Гамов (трижды нелауреат
Нобелевской премии) предложил
захватывающую своей красотой модель
нуклеосинтеза, настоящую космическую поэму.
• Поэма начинается с первого крика (Большого
взрыва) нашей Вселенной, когда вся ее материя
сжата в илем — сверхплотный сгусток.
50
Ядерный синтез и происхождение
элементов
• Из стихотворения Демьяна
Бедного
«До атомов добрались» (1928)
• СССР зовут страной убийц и
хамов.
Недаром. Вот пример:
советский парень Гамов.
Чего хотите вы от этаких
людей?!
Уже до атома добрался,
лиходей!
Георгий Антонович Гамов (Джордж Гамов, George Gamow;
20.02(04.03)1904 — 19.08.1968)
51
CNO-цикл
Ханс Альбрехт Бете (Hans Albrecht Bethe;
02.07.1906 — 06.03.2005)
Карл Фридрих фон Вайцзеккер (Carl
Friedrich von Weizsäcker; 28.06.1912 —
28.04.2007)
52
Происхождение углерода
• Исходя из факта высокого содержания углерода во
Вселенной, астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл
предсказал, что для ядерной реакции порождения
углерода из гелия должны существовать очень
специфическая энергия резонанса и спин.
• Более того, Хойл вычислил значения этой энергии (7.68
МэВ), ядерного спина и четности компаунд-состояния в
ядре углерода, образованного тремя альфа-частицами.
• Эти его предсказания вскоре были блестяще
подтверждены экспериментально.
• Это было доказательство от обратного.
Sir Fred Hoyle (24.06.1915 – 20.08.2001)
53
• Изменение уровня 12С всего лишь на 5% привело
бы к катастрофе − дальнейший синтез элементов
прекратился бы.
• Особенности протекания реакций ядерного
синтеза привели к важнейшим следствиям:
• благодаря им во Вселенной оказалось
одинаковое число ядер 12С и 160, что создало
благоприятные условия для образования
органических молекул, т.е. жизни.
54
Урок 5
• Наука редко отвечает на вопрос
«почему?»,
• чаще только на вопрос «как?».
55
Принцип Паули
• Принцип (запрет) Паули — один из фундаментальных
принципов квантовой механики, согласно которому
• два и более тождественных фермиона (частиц с
полуцелым спином) не могут одновременно находиться
в одном квантовом состоянии.
• Принцип Паули помогает объяснить разнообразные
физические явления.
• Следствием принципа является наличие электронных
оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь,
следует разнообразие химических элементов и их
соединений.
56
Вольфганг Эрнст Паули (Wolfgang Ernst Pauli;
25.04.1900 — 15.12.1958) — лауреат Нобелевской
премии по физике за 1945 год.
57
Паули и Нильс Бор
58
Правило Хунда
• Определяет порядок заполнения
• орбиталей определённого подслоя и
формулируется следующим образом:
• суммарное значение спинового
квантового числа электронов данного
подслоя должно быть максимальным.
• Сформулировано Фридрихом Хундом в
1925 году.
59
Мнемоническое правило «трамвайного
вагона»
• Ты приглядись, решив присесть,
К местам трамвайного вагона:
Когда ряды пустые есть,
Подсаживаться нет резона.
60
61
Фридрих Хунд (Friedrich Hund; 04.02.1896 — 31.03.1997) — немецкий
физик. Участник разработки метода молекулярных орбиталей.
62
Почему углерод 4-валентен?
Электронная конфигурация атома
углерода C
• Основное состояние:
• Возбужденное состояние:
64
Лайнус Карл Полинг (Linus Carl Pauling; 28.02.1901 — 19.08.1994) —
американский химик, кристаллограф, лауреат двух Нобелевских премий: по
химии(1954) и премии мира (1962), а также Международной Ленинской
премии «За укрепление мира между народами» (1970).
65
Гибридизация орбиталей
• Гибридизация орбиталей —
гипотетический процесс смешения разных
(s, p, d, f) орбиталей центрального атома
многоатомной молекулы с
возникновением одинаковых орбиталей,
эквивалентных по своим характеристикам.
• Гибридизация орбиталей объясняет
геометрию (пространственную структуру)
молекул.
66
s и p-орбитали
67
sp3-гибрид
68
Метан
69
sp2-гибриды
70
sp -гибриды
71
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/hybrv18.swf
72
Сравнение длин углерод-углеродных
связей
73
σ-связь -
ковалентная связь, образующаяся перекрыванием
электронных облаков «по осевой линии»
74
π-связь -
ковалентная связь, образующаяся перекрыванием
p-атомных орбиталей
π-связь в этилене π-связи в бензоле
75
Этан, этилен, ацетилен и бензол
76
Урок 6
• Современная структурная химия
исключительно плодотворно объясняет и
предсказывает геометрию молекул.
77
Водородная связь
78
Пара A=T
79
Пара GC
80
Канонические пары Уотсона-Крика
81
Причины замены пар
оснований:
таутомерия, ионизация,
wobble или «Хугстин»?
Jerry Donohue (12.06.1920 – 13.02.1985)
• – американский физико-
химик и теоретик.
• Подсказал Уотсону и Крику,
какие таутомерные формы
оснований ДНК являются
преобладающими.
• “We are much indebted to Dr.
Jerry Donohue for constant
advice and criticism, especially
on interatomic distances”
(Watson, Crick, 1953)
83
Таутомерия
• Таутомери́я (от греч. ταύτίς — тот же
самый и μέρος — мера) — явление
обратимой изомерии, при которой два
или более изомера легко переходят друг в
друга.
• При этом устанавливается таутомерное
равновесие, и вещество одновременно
содержит молекулы всех изомеров
(таутомеров) в определённом
соотношении.
84
Таутомерия оснований нуклеиновых
кислот
85
Таутомерные превращения тимина и
гуанина
86
Таутомерия
87
Ионизация оснований
88
Гипотетический «таутомерный» механизм
мутагенного действия 5-бромоурацила
89
Урок 7
• Таутомерный и ионизационный
механизмы возникновения замен пар
оснований – идеи, которые трудно
доказать.
• Таутомеры образуют неразделимую
смесь.
• Ионизованные формы также трудно
отделить от неионизованных.
90
Канонические (уотсоно-криковские) и wobble пары
оснований
91
Woblle-пары, найденные в
кристаллических структурах
92
Пары Уотсона-Крика и Хугстина
93
Пара Хугстина
94
Все возможные пары оснований: 28 или 29?
(в основной таутомерной форме)
95
Неканонические пары O6-MeG с T, O6-MeG и G с O4-MeT
96
Урок 8
• «Конформационный» механизм
неправильного спаривания оснований
представляется наболее правдоподобным.
97
Спонтанные мутации
Природные радиоактивные изотопы –
неизбежное зло
99
Мутации вследствие трансмутации
• Трансмутация в физике — превращение
атомов одних химических элементов в
другие в результате радиоактивного
распада их ядер либо ядерных реакций.
• Радиоактивный β-распад изотопа 14С:
100
Урок 9
• Никакими силами и никогда мы не
сможем избавиться от радиоактивных
изотопов в природе.
101
Слабые места в ДНК
Фотохимическая димеризация тимина
103
Фотодимеризация тимина
104
Димер тимина
105
Основные стереоизомеры димеров тимина
106
Взаимное расположение тиминов можно описать
расстоянием d между двойными связями С5-С6 и
торзионным углом η между ними. Димеризуются
только те тимины, которые разворачиваются на 22°
Для образования димера тимина требуется возбуждение УФ-
излучением в течение менее одной пикосекунды (10-15 с)
107
Пионер лазерной физики
• Владилен Степанович
Летохов (10.11.1939 —
21.03.2009)
• Автор более 850 статей
и 15 монографий,
наиболее цитируемый
советский ученый во
всех областях науки за
период 1973—
1988 годов.
108
Урок 10
• Фотодимеризация тимина – яркая
демонстрация топохимической природы
реакций мутагена с ДНК.
109
Спектры поглощения ДНК и озона и спектры
излучения солнца на уровне моря и в стратосфере
110
Урок 11
• Озоновый слой в стратосфере
действительно надежно защищает нас от
вредного мутагенно-канцерогенного
действия коротковолнового УФ-излучения.
111
Еще одно слабое место в ДНК
5-метилцитозин – природное модифицированное
основание, встречающееся в ДНК эукариот
113
Дезаминирование 5-метилцитозина
114
5-метилцитозин Тимин
Основные продукты окисления
115
Возможные типы спаривания 8-оксо-гуанина
116
Первичные участки химически-индуцированного
поражения ДНК
117
Последствия дезаминирующего действия
азотистой кислоты
118
Последствия реакции гидроксиламина и
метилметансульфоната (MMS) с ДНК
119
ГАП – 6-N-гидрокслиаминопурин
120
Урок 12
• Основной (мажорный) продукт реакции
агента с ДНК далеко не всегда является
основной причиной его мутагенности.
• Чем мягче мутаген, тем больше его
видовая и локусная специфичности.
121
Атомные заряды (электронные плотности) у
отдельных оснований
122
Места нуклеофильной атаки
123
Основные сайты метилирования оснований
ДНК и сахаро-фосфатного остова
124
Алкилирование гуанина:
(A) – EMS; (B) - DMS
125
Сшиватели
Производные бис-β-хлорэтиламина,
азотистые иприты
127
Диамминдихлороплатина (цисплатин)
128
Сшиватели
129
Сшиватели: HN2 (1), DEB (2) и DEO (3)
130
Делетогены и амплигены
Брюс Натан Эймз (Bruce Nathan Ames; р. 16.12.1928) – американский биохимик.
Разработал систему быстрого и дешевого испытания мутагенности соединений,
называемый тестом Эймза.
132
133
Штамм Salmonella typhimurium TA102 с мутацией
hisG428Ochre (TAA) в 207 положении белка и его ревертанты
134
Целевой сайт фланкирован двумя короткими прямым повторами 5’-AGAGC-3’,
что является горячей точкой для возникновения делеций.
ThiAla – тиазолилаланин.
Анализ ревертантов His+ у штамма TA102
Мутаген Доля различимых ревертантов, % Общее
количествоHis+ ThiAlaSS His+ ThiAlaS His+ ThiAlaR
Спонтанно 27% 41% 32% 311
4NQO 100% 0% 159
DEO 22% 26% 52% 337
Заключение Ochre-
супрессоры
Замены пар
оснований в
TAA
Малые
делеции
807
135
Ревертантов, индуцированных 4NQO, не дифференцировали по
степени чувствительности к ThiAla
1,3- 1,6- и 1,8-динитропирены
136
У Streptomyces antibioticus они вызывают амплификацию кластера
генов синтеза олеандомицина (Бехтерева Т.А. и др.)
Урок 13
• Делетогены и амплигены заслуживают
пристального внимания.
137
Frederick Joseph de Serres, Jr.
(24.09.1929 - 21.12.2014)
138
139
Khromov-Borisov N.N., Rogozin I.B., Henriques J.A.P. de Serres F.J. Similarity
pattern analysis in mutational distributions. Mutation Research, 1999;
430:55–74
140
141
Урок 14
• Анализ и сравнение мутационных
спектров – продуктивный подход к
выявлению сходства и различий между
мутагенами.
142
Ashby J. Fundamental structural alerts to potential
carcinogenicity or noncarcinogenicity. Environmental
Mutagenesis, 1985; 7: 919-921.
143
Benigni R., Bossa C. Structural alerts of mutagens and carcinogens. Current
Computer-Aided Drug Design, 2006, 2, 1-19
144
Три типа взаимодействия лиганда с
дуплексом ДНК
145
Интеркаляция этидия между двумя парами
G=C
146
Комплекс двух молекул дауномицина с ДНК
147
Комплекс дистамицина с ДНК
148
Ковалентное связывание антромицина с
ДНК
149
Связывание калихеамицина с ДНК
150
Связывание есперамицина А с ДНК
151
Уроки
• 1. Масштабные атомно-молекулярные
модели – эффективный инструмент
обучения и исследований.
• 2. Устанавливая структуру
биомолекулы, желательно
задумываться о ее биологическом
предназначении, о ее биологической
функции.
• 3. Реакции ДНК с различными
агентами являются топохимическими
и/или контекст-зависимыми.
• 4. Без подтверждения структуры с
помощью масштабных молекулярных
моделей всяческие гипотетические
построения почти наверняка обречены
на провал.
• 5. Наука редко отвечает на вопрос
«почему?», чаще только на вопрос
«как?».
• 6. Современная структурная химия
исключительно плодотворно
объясняет и предсказывает геометрию
молекул.
• 7. Таутомерный и ионизационный
механизмы возникновения замен пар
оснований – идеи, которые трудно
доказать.
• 8. «Конформационный» механизм
неправильного спаривания оснований
представляется наболее
правдоподобным.
•
152
• 9. Никакими силами и никогда мы
не сможем избавиться от
радиоактивных изотопов в
природе.
• 10. Фотодимеризация тимина –
яркая демонстрация
топохимической природы реакций
мутагена с ДНК.
• 11. Озоновый слой в стратосфере
действительно надежно защищает
нас от вредного мутагенно-
канцерогенного действия
коротковолнового УФ-излучения.
• 12. Основной (мажорный) продукт
реакции агента с ДНК далеко не
всегда является основной
причиной его мутагенности.
• Чем мягче мутаген, тем больше
его видовая и локусная
специфичности.
• 13. Делетогены и амплигены
заслуживают пристального
внимания.
• 14. Анализ и сравнение
мутационных спектров –
продуктивный подход к
выявлению сходства и различий
между мутагенами.
153
Найдите ошибку
154
Памятник лабораторной мыши в
новосибирском Академгородке
155
Слайды свободно доступны
для всех
Никита Николаевич Хромов-Борисов
Nikita.KhromovBorisov@gmail.com
http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov
https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov
http://www.slideshare.net/ssuserb22936
8-952-204-8949
8-921-449-2905

Mais conteúdo relacionado

Semelhante a химия днк для генетиков 2015

Half a century with the central dogma of molecular biology ppt
Half a century with the central dogma of molecular biology pptHalf a century with the central dogma of molecular biology ppt
Half a century with the central dogma of molecular biology pptNikita Khromov-Borisov
 
12 важных открытий в эволюционной биологии за последний год
12 важных открытий  в эволюционной биологии  за последний год12 важных открытий  в эволюционной биологии  за последний год
12 важных открытий в эволюционной биологии за последний годЩепотка Соли
 
Научная визуализация. Лекция 1
Научная визуализация. Лекция 1Научная визуализация. Лекция 1
Научная визуализация. Лекция 1Ksenia Kozlovskaya
 
клетка единица жизни
клетка   единица жизниклетка   единица жизни
клетка единица жизниIvan2133
 
Светлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросы
Светлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросыСветлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросы
Светлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросыАлександр Соколов
 
ЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHC
ЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHCЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHC
ЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHCIlya Orlov
 
сцепленное наследование. генетика пола.
сцепленное наследование. генетика пола.сцепленное наследование. генетика пола.
сцепленное наследование. генетика пола.Slava Kolomak
 
Буяновский А. Кристаллы
 Буяновский А. Кристаллы Буяновский А. Кристаллы
Буяновский А. Кристаллыevdokimovaen
 
Neuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural Networks
Neuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural NetworksNeuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural Networks
Neuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural NetworksSSA KPI
 

Semelhante a химия днк для генетиков 2015 (20)

Half a century with the central dogma of molecular biology ppt
Half a century with the central dogma of molecular biology pptHalf a century with the central dogma of molecular biology ppt
Half a century with the central dogma of molecular biology ppt
 
12 важных открытий в эволюционной биологии за последний год
12 важных открытий  в эволюционной биологии  за последний год12 важных открытий  в эволюционной биологии  за последний год
12 важных открытий в эволюционной биологии за последний год
 
Научная визуализация. Лекция 1
Научная визуализация. Лекция 1Научная визуализация. Лекция 1
Научная визуализация. Лекция 1
 
596
596596
596
 
678
678678
678
 
678
678678
678
 
клетка единица жизни
клетка   единица жизниклетка   единица жизни
клетка единица жизни
 
Dna I
Dna IDna I
Dna I
 
205701
205701 205701
205701
 
Светлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросы
Светлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросыСветлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросы
Светлана Боринская. Что такое хромосомы? Ответы на "детские" вопросы
 
588
588588
588
 
846
846846
846
 
605
605605
605
 
ЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHC
ЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHCЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHC
ЛШ 2011 - лекция - ФЭЧ и LHC
 
сцепленное наследование. генетика пола.
сцепленное наследование. генетика пола.сцепленное наследование. генетика пола.
сцепленное наследование. генетика пола.
 
Буяновский А. Кристаллы
 Буяновский А. Кристаллы Буяновский А. Кристаллы
Буяновский А. Кристаллы
 
104311.ppt
104311.ppt104311.ppt
104311.ppt
 
886
886886
886
 
бх лекция 16 17
бх лекция 16 17бх лекция 16 17
бх лекция 16 17
 
Neuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural Networks
Neuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural NetworksNeuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural Networks
Neuron Synchronization and Representation of Space and Time in Neural Networks
 

Mais de Nikita Khromov-Borisov

парадоксы спортгеномики 2015
парадоксы спортгеномики 2015парадоксы спортгеномики 2015
парадоксы спортгеномики 2015Nikita Khromov-Borisov
 
парадоксы геномной медицины 2015
парадоксы геномной медицины 2015парадоксы геномной медицины 2015
парадоксы геномной медицины 2015Nikita Khromov-Borisov
 
Harmonizing statistical evidences and predictions
Harmonizing statistical evidences and predictionsHarmonizing statistical evidences and predictions
Harmonizing statistical evidences and predictionsNikita Khromov-Borisov
 
Evolutionary arguments in medical genomics
Evolutionary arguments in medical genomicsEvolutionary arguments in medical genomics
Evolutionary arguments in medical genomicsNikita Khromov-Borisov
 
кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014
кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014
кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014Nikita Khromov-Borisov
 
Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014
Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014
Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014Nikita Khromov-Borisov
 
Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013
Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013
Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013Nikita Khromov-Borisov
 
Population thinking in studies of genetic predispositions ppt
Population thinking in studies of genetic predispositions pptPopulation thinking in studies of genetic predispositions ppt
Population thinking in studies of genetic predispositions pptNikita Khromov-Borisov
 
Modern free biostatistical software ppt
Modern free biostatistical software pptModern free biostatistical software ppt
Modern free biostatistical software pptNikita Khromov-Borisov
 
Format for the population data in forensic genetics ppt
Format for the population data in forensic genetics pptFormat for the population data in forensic genetics ppt
Format for the population data in forensic genetics pptNikita Khromov-Borisov
 
Evolutionary medical genomics ppt 2013
Evolutionary medical genomics ppt 2013Evolutionary medical genomics ppt 2013
Evolutionary medical genomics ppt 2013Nikita Khromov-Borisov
 
Catalog of formulae for forensic genetics ppt
Catalog of formulae for forensic genetics pptCatalog of formulae for forensic genetics ppt
Catalog of formulae for forensic genetics pptNikita Khromov-Borisov
 
Biometrical problems in population studies ppt 2004
Biometrical problems in population studies ppt 2004Biometrical problems in population studies ppt 2004
Biometrical problems in population studies ppt 2004Nikita Khromov-Borisov
 
Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014
Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014
Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014Nikita Khromov-Borisov
 

Mais de Nikita Khromov-Borisov (17)

парадоксы спортгеномики 2015
парадоксы спортгеномики 2015парадоксы спортгеномики 2015
парадоксы спортгеномики 2015
 
парадоксы геномной медицины 2015
парадоксы геномной медицины 2015парадоксы геномной медицины 2015
парадоксы геномной медицины 2015
 
Harmonizing statistical evidences and predictions
Harmonizing statistical evidences and predictionsHarmonizing statistical evidences and predictions
Harmonizing statistical evidences and predictions
 
Evolutionary arguments in medical genomics
Evolutionary arguments in medical genomicsEvolutionary arguments in medical genomics
Evolutionary arguments in medical genomics
 
кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014
кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014
кризис воспроизводимости в биомедицине Rus 2014
 
Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014
Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014
Prematurity of genetic testing of predispositions rus 2014
 
Syndrome of statistical leniency ppt
Syndrome of statistical leniency pptSyndrome of statistical leniency ppt
Syndrome of statistical leniency ppt
 
Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013
Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013
Reproducibility and predictivity in the genetics of predispositions ppt 2013
 
Population thinking in studies of genetic predispositions ppt
Population thinking in studies of genetic predispositions pptPopulation thinking in studies of genetic predispositions ppt
Population thinking in studies of genetic predispositions ppt
 
Modern free biostatistical software ppt
Modern free biostatistical software pptModern free biostatistical software ppt
Modern free biostatistical software ppt
 
Genetics of predispositions ppt
Genetics of predispositions pptGenetics of predispositions ppt
Genetics of predispositions ppt
 
Format for the population data in forensic genetics ppt
Format for the population data in forensic genetics pptFormat for the population data in forensic genetics ppt
Format for the population data in forensic genetics ppt
 
Evolutionary medical genomics ppt 2013
Evolutionary medical genomics ppt 2013Evolutionary medical genomics ppt 2013
Evolutionary medical genomics ppt 2013
 
Catalog of formulae for forensic genetics ppt
Catalog of formulae for forensic genetics pptCatalog of formulae for forensic genetics ppt
Catalog of formulae for forensic genetics ppt
 
Biometrical problems in population studies ppt 2004
Biometrical problems in population studies ppt 2004Biometrical problems in population studies ppt 2004
Biometrical problems in population studies ppt 2004
 
Joshua lederberg ppt
Joshua lederberg pptJoshua lederberg ppt
Joshua lederberg ppt
 
Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014
Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014
Reproducibility of results in the genetics of predisposition eng 2014
 

химия днк для генетиков 2015

  • 1. Санкт-Петербург, 7-11 июня 2015 г. Что должен знать генетик о химии ДНК и химических основах мутагенеза Никита Николаевич Хромов-Борисов 8-952-204-89-49 (Теле2); 8-921-449-29-05 (МегаФон) Nikita.KhromovBorisov@gmail.com http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov http://www.slideshare.net/ssuserb22936
  • 2. Мы живем в структурированном мире • Если бы Вселенная состояла из одних бозонов (частиц с целым значением спина), то в одном квантовом состоянии находилось бы неограниченное количество одинаковых частиц и никакой структурированности не было бы. • Структурированность нашей Вселенной обусловлена фермионами (частицами с полуцелым значением спина). • Тогда в одном квантовом состоянии может находиться не более одной частицы (принцип Паули). • Именно этот принцип (запрет Паули) ответственен за устойчивость электронных оболочек атомов и делает возможным существование сложных химических элементов. 2
  • 3. • Мы живем в структурированном мире. • Поэтому наиболее плодотворный путь познания Природы состоит в выявлении взаимоотношений между структурой и функцией, структурой и активностью на всех уровнях организации материи, начиная с атомов и молекул. • Наука, в которой такие связи установлены, приобретает предсказательную силу. • В частности, для понимания структуры и функции ДНК и химических основ мутагенеза необходимы твердые знания основ структурной химии. 3
  • 4. Нужно знать ответы на вопросы: • Чем обусловлено разнообразие химических элементов? • Почему углерод четырехвалентен, хотя в основном состоянии он должен бы быть всего лишь двухвалентным? • Почему азотистые основания в нуклеиновых кислотах двухмерные (плоские), а дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты трехмерные? • Почему основная (каноническая) трехмерная структура ДНК - правозакрученная винтовая линия (спираль)? • Какие места в компонентах ДНК наиболее «слабые», т.е. наиболее подвержены химическим изменениям, каким именно изменениям и под действием каких физических и химических агентов? 4
  • 5. 5
  • 6. 6
  • 7. Джеймс Уотсон и Френсис Крик James Dewey Watson, (род. 06.04.1928); Francis Harry Compton Crick (08.06.1916 – 29.07.2004) 7
  • 8. Френсис Крик с сыном Майклом, 1942 г. 8
  • 9. 19 марта 1953 г. Письмо Френсиса Крика 12-летнему сыну Майклу • Мой дорогой Майкл, • Джим Уотсон и я сделали возможно самое важное открытие. • Мы построили модель для структуры дез-окси-рибо-нуклеиновой-кислоты (прочти это старательно), кратко называемой Д.Н.К. • Ты наверное помнишь, что гены в хромосомах – которые несут наследственные факторы – сделаны из белка и Д.Н.К. • Наша структура очень красива. • Д.Н.К. можно представить как очень длинную цепь с торчащими вбок плоскими частями. • Плоские части называются «основаниями». • Формула выглядит вот так: 9
  • 10. • Далее, у нас присутствуют две такие цепи, обвитые одна вокруг другой – каждая является спиралью. • Цепь, составленная из сахара и фосфора, располагается на внешней стороне, а все основания, обращены вовнутрь. • Я не могу нарисовать ее очень хорошо, но выглядит это примерно вот так: • Сама модель выглядит куда более привлекательной. 10
  • 11. • Наконец, захватывающая вещь состоит в том, что в то время как различных оснований 4, мы обнаруживаем, что мы можем составить из них только определенные пары. • У этих оснований есть названия. • Это Аденин, Гуанин, Тимин и Цитозин. • Я буду называть их A, G, T и C. • Теперь мы обнаруживаем, что пары, которые мы можем образовать – одно основание на одной цепи объединяется с основанием на другой – это только: A с T и G с C. Тогда на одной цепи, как мы можем видеть, можно иметь основания в любом порядке, но если их порядок фиксирован, то их порядок на другой цепи тоже фиксирован. Например, предположим, что первая цепь такая, как указано слева, то вторая должна быть такой, как справа. 11
  • 12. • Это похоже на код. • Если ты имеешь один набор букв, то ты сможешь выписать другие. • Теперь предположим, что Д.Н.К. является кодом. • То есть порядок этих оснований (букв) создает отличие одного гена от других (точно так же как одна печатная страница отличается от другой). • Теперь ты можешь видеть, как Природа создает копии генов. • Потому что когда две цепи расплетутся на две отдельные цепи, и если затем каждая цепь создаст на ней другую цепь, то поскольку A всегда объединится с T, а G с С, мы получим две копии той цепи, которую имели вначале. 12
  • 13. • Другими словами, мы думаем, что мы нашли основной механизм копирования, с помощью которого живое происходит от живого. • Красота нашей модели состоит в том, что ее форма такова, что могут образовываться только эти пары, хотя они могли бы образовываться и другим способом, если бы плавали свободно. • Ты можешь понять, что мы очень рады. • Через день или около того мы должны отослать письмо в Nature. • Прочти это письмо внимательно, чтобы понять его. • Когда вы вернетесь домой, мы покажем вам модель. • С любовью, папа 13
  • 14. Все на продажу • Майкл Крик выставил это рукописное письмо на аукцион Кристи 10 апреля 2013 г. • Письмо было приобретено по телефону анонимным покупателем за 5,3 миллиона долларов. • С учетом дополнительных сборов, выручка составила чуть более $ 6 миллионов. • Половина вырученных средств была передана Институту биологических исследований Солка в Сан-Диего, Калифорния, где Фрэнсис Крик, который умер в 2008 году, был профессором. • Эта выручка побила рекорд письма, написанного Авраамом Линкольном, которое было продано в 2008 году за 3,4 млн. долл., включая налоговые сборы. 14
  • 15. Уотсон и Крик – близнецы-братья или комплементарные и антипараллельные переплетения мысли? 15
  • 17. Урок 1 • Масштабные атомно- молекулярные модели – эффективный инструмент обучения и исследований. 17
  • 18. Рентгенограмма, фото № 51 Розалинд Франклин 18
  • 19. 19
  • 20. Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) (25.07.1920 — 16.04.1958) — английский биофизик и учёный- рентгенограф, занималась изучением структуры ДНК. 20
  • 21. • Дж. Д. Бернал назвал снимки, полученные Франклин с помощью метода рентгеновской дифракции «одними из самых красивых снимков какого бы то ни было вещества, когда либо полученных до этого времени». 21
  • 22. Джон Десмонд Бернал (John Desmond Bernal; 10.05.1901 — 15.09.1971) • — английский физик, кристаллограф, биохимик и социолог науки, общественный деятель. • Пионер рентгеновской кристаллографии. • Наряду с Опариным разработал теорию возникновения жизни. • Иностранный член АН СССР (20.06.1958), вице-президент Всемирной федерации научных работников, Президент Всемирного Совета Мира (1959— 1965), лауреат Международной Сталинской премии «За укрепление мира между народами» (1953). 22
  • 23. Морис Хьюг Фредерик Уилкинс (Maurice Hugh Frederick Wilkins; 15.12.1916 — 05.10.2004) — биофизик, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года (совместно с Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком) «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живой материи». 23
  • 24. Урок 2 • Устанавливая структуру биомолекулы, желательно задумываться о ее биологическом предназначении, о ее биологической функции. 24
  • 26. 26
  • 27. 27
  • 29. 29
  • 32. Урок 3 и его следствие • ДНК – гибкая молекула и ее различные пространственные формы исполняют разные функции и по-разному реагируют с различными агентами. • Иными словами, реакции ДНК с различными агентами являются топохимическими и/или контекст- зависимыми. 32
  • 33. Pyne A., Thompson R., Leung C., Roy D., Hoogenboom B.W. Single-molecule reconstruction of oligonucleotide secondary structure by atomic force microscopy, Small, 2014; 10(16): 3257–3261 33
  • 34. 34
  • 35. 35
  • 36. Пептиды активного долголетия и ревитализации • Модель комплементарного взаимодействия пептида Ala- Glu-Asp-Gly с двойной спиралью ДНК (комплекс ДНК- пептид на промоторном участке гена теломеразы). • Хавинсон В.Х., Анисимов В.Н. 35-летний опыт исследований пептидной регуляции старения. Успехи геронтологии, 2009. Т. 22. № 1. С. 11–23. • Хавинсон В.Х. Пептидная регуляция старения. – СПб.: Наука. 2009. Crick F.H.C. An error in model building. Nature, 1967; 213:798 36
  • 37. Урок 4 • Без подтверждения структуры с помощью масштабных молекулярных моделей всяческие гипотетические построения почти наверняка обречены на провал. • И выводы могут оказаться ложными. 37
  • 38. Нумерация атомов в молекулах оснований 38
  • 48. Почему основания плоские, а дезоксирибоза – нет?
  • 49. Периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева (фрагмент) 49
  • 50. Ядерный синтез и происхождение элементов • Вскоре после второй мировой войны Георгий Антонович Гамов (трижды нелауреат Нобелевской премии) предложил захватывающую своей красотой модель нуклеосинтеза, настоящую космическую поэму. • Поэма начинается с первого крика (Большого взрыва) нашей Вселенной, когда вся ее материя сжата в илем — сверхплотный сгусток. 50
  • 51. Ядерный синтез и происхождение элементов • Из стихотворения Демьяна Бедного «До атомов добрались» (1928) • СССР зовут страной убийц и хамов. Недаром. Вот пример: советский парень Гамов. Чего хотите вы от этаких людей?! Уже до атома добрался, лиходей! Георгий Антонович Гамов (Джордж Гамов, George Gamow; 20.02(04.03)1904 — 19.08.1968) 51
  • 52. CNO-цикл Ханс Альбрехт Бете (Hans Albrecht Bethe; 02.07.1906 — 06.03.2005) Карл Фридрих фон Вайцзеккер (Carl Friedrich von Weizsäcker; 28.06.1912 — 28.04.2007) 52
  • 53. Происхождение углерода • Исходя из факта высокого содержания углерода во Вселенной, астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл предсказал, что для ядерной реакции порождения углерода из гелия должны существовать очень специфическая энергия резонанса и спин. • Более того, Хойл вычислил значения этой энергии (7.68 МэВ), ядерного спина и четности компаунд-состояния в ядре углерода, образованного тремя альфа-частицами. • Эти его предсказания вскоре были блестяще подтверждены экспериментально. • Это было доказательство от обратного. Sir Fred Hoyle (24.06.1915 – 20.08.2001) 53
  • 54. • Изменение уровня 12С всего лишь на 5% привело бы к катастрофе − дальнейший синтез элементов прекратился бы. • Особенности протекания реакций ядерного синтеза привели к важнейшим следствиям: • благодаря им во Вселенной оказалось одинаковое число ядер 12С и 160, что создало благоприятные условия для образования органических молекул, т.е. жизни. 54
  • 55. Урок 5 • Наука редко отвечает на вопрос «почему?», • чаще только на вопрос «как?». 55
  • 56. Принцип Паули • Принцип (запрет) Паули — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому • два и более тождественных фермиона (частиц с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии. • Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. • Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. 56
  • 57. Вольфганг Эрнст Паули (Wolfgang Ernst Pauli; 25.04.1900 — 15.12.1958) — лауреат Нобелевской премии по физике за 1945 год. 57
  • 59. Правило Хунда • Определяет порядок заполнения • орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: • суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным. • Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году. 59
  • 60. Мнемоническое правило «трамвайного вагона» • Ты приглядись, решив присесть, К местам трамвайного вагона: Когда ряды пустые есть, Подсаживаться нет резона. 60
  • 61. 61
  • 62. Фридрих Хунд (Friedrich Hund; 04.02.1896 — 31.03.1997) — немецкий физик. Участник разработки метода молекулярных орбиталей. 62
  • 64. Электронная конфигурация атома углерода C • Основное состояние: • Возбужденное состояние: 64
  • 65. Лайнус Карл Полинг (Linus Carl Pauling; 28.02.1901 — 19.08.1994) — американский химик, кристаллограф, лауреат двух Нобелевских премий: по химии(1954) и премии мира (1962), а также Международной Ленинской премии «За укрепление мира между народами» (1970). 65
  • 66. Гибридизация орбиталей • Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам. • Гибридизация орбиталей объясняет геометрию (пространственную структуру) молекул. 66
  • 74. σ-связь - ковалентная связь, образующаяся перекрыванием электронных облаков «по осевой линии» 74
  • 75. π-связь - ковалентная связь, образующаяся перекрыванием p-атомных орбиталей π-связь в этилене π-связи в бензоле 75
  • 77. Урок 6 • Современная структурная химия исключительно плодотворно объясняет и предсказывает геометрию молекул. 77
  • 82. Причины замены пар оснований: таутомерия, ионизация, wobble или «Хугстин»?
  • 83. Jerry Donohue (12.06.1920 – 13.02.1985) • – американский физико- химик и теоретик. • Подсказал Уотсону и Крику, какие таутомерные формы оснований ДНК являются преобладающими. • “We are much indebted to Dr. Jerry Donohue for constant advice and criticism, especially on interatomic distances” (Watson, Crick, 1953) 83
  • 84. Таутомерия • Таутомери́я (от греч. ταύτίς — тот же самый и μέρος — мера) — явление обратимой изомерии, при которой два или более изомера легко переходят друг в друга. • При этом устанавливается таутомерное равновесие, и вещество одновременно содержит молекулы всех изомеров (таутомеров) в определённом соотношении. 84
  • 90. Урок 7 • Таутомерный и ионизационный механизмы возникновения замен пар оснований – идеи, которые трудно доказать. • Таутомеры образуют неразделимую смесь. • Ионизованные формы также трудно отделить от неионизованных. 90
  • 95. Все возможные пары оснований: 28 или 29? (в основной таутомерной форме) 95
  • 96. Неканонические пары O6-MeG с T, O6-MeG и G с O4-MeT 96
  • 97. Урок 8 • «Конформационный» механизм неправильного спаривания оснований представляется наболее правдоподобным. 97
  • 100. Мутации вследствие трансмутации • Трансмутация в физике — превращение атомов одних химических элементов в другие в результате радиоактивного распада их ядер либо ядерных реакций. • Радиоактивный β-распад изотопа 14С: 100
  • 101. Урок 9 • Никакими силами и никогда мы не сможем избавиться от радиоактивных изотопов в природе. 101
  • 107. Взаимное расположение тиминов можно описать расстоянием d между двойными связями С5-С6 и торзионным углом η между ними. Димеризуются только те тимины, которые разворачиваются на 22° Для образования димера тимина требуется возбуждение УФ- излучением в течение менее одной пикосекунды (10-15 с) 107
  • 108. Пионер лазерной физики • Владилен Степанович Летохов (10.11.1939 — 21.03.2009) • Автор более 850 статей и 15 монографий, наиболее цитируемый советский ученый во всех областях науки за период 1973— 1988 годов. 108
  • 109. Урок 10 • Фотодимеризация тимина – яркая демонстрация топохимической природы реакций мутагена с ДНК. 109
  • 110. Спектры поглощения ДНК и озона и спектры излучения солнца на уровне моря и в стратосфере 110
  • 111. Урок 11 • Озоновый слой в стратосфере действительно надежно защищает нас от вредного мутагенно-канцерогенного действия коротковолнового УФ-излучения. 111
  • 112. Еще одно слабое место в ДНК
  • 113. 5-метилцитозин – природное модифицированное основание, встречающееся в ДНК эукариот 113
  • 116. Возможные типы спаривания 8-оксо-гуанина 116
  • 119. Последствия реакции гидроксиламина и метилметансульфоната (MMS) с ДНК 119
  • 121. Урок 12 • Основной (мажорный) продукт реакции агента с ДНК далеко не всегда является основной причиной его мутагенности. • Чем мягче мутаген, тем больше его видовая и локусная специфичности. 121
  • 122. Атомные заряды (электронные плотности) у отдельных оснований 122
  • 124. Основные сайты метилирования оснований ДНК и сахаро-фосфатного остова 124
  • 130. Сшиватели: HN2 (1), DEB (2) и DEO (3) 130
  • 132. Брюс Натан Эймз (Bruce Nathan Ames; р. 16.12.1928) – американский биохимик. Разработал систему быстрого и дешевого испытания мутагенности соединений, называемый тестом Эймза. 132
  • 133. 133
  • 134. Штамм Salmonella typhimurium TA102 с мутацией hisG428Ochre (TAA) в 207 положении белка и его ревертанты 134 Целевой сайт фланкирован двумя короткими прямым повторами 5’-AGAGC-3’, что является горячей точкой для возникновения делеций. ThiAla – тиазолилаланин.
  • 135. Анализ ревертантов His+ у штамма TA102 Мутаген Доля различимых ревертантов, % Общее количествоHis+ ThiAlaSS His+ ThiAlaS His+ ThiAlaR Спонтанно 27% 41% 32% 311 4NQO 100% 0% 159 DEO 22% 26% 52% 337 Заключение Ochre- супрессоры Замены пар оснований в TAA Малые делеции 807 135 Ревертантов, индуцированных 4NQO, не дифференцировали по степени чувствительности к ThiAla
  • 136. 1,3- 1,6- и 1,8-динитропирены 136 У Streptomyces antibioticus они вызывают амплификацию кластера генов синтеза олеандомицина (Бехтерева Т.А. и др.)
  • 137. Урок 13 • Делетогены и амплигены заслуживают пристального внимания. 137
  • 138. Frederick Joseph de Serres, Jr. (24.09.1929 - 21.12.2014) 138
  • 139. 139
  • 140. Khromov-Borisov N.N., Rogozin I.B., Henriques J.A.P. de Serres F.J. Similarity pattern analysis in mutational distributions. Mutation Research, 1999; 430:55–74 140
  • 141. 141
  • 142. Урок 14 • Анализ и сравнение мутационных спектров – продуктивный подход к выявлению сходства и различий между мутагенами. 142
  • 143. Ashby J. Fundamental structural alerts to potential carcinogenicity or noncarcinogenicity. Environmental Mutagenesis, 1985; 7: 919-921. 143
  • 144. Benigni R., Bossa C. Structural alerts of mutagens and carcinogens. Current Computer-Aided Drug Design, 2006, 2, 1-19 144
  • 145. Три типа взаимодействия лиганда с дуплексом ДНК 145
  • 146. Интеркаляция этидия между двумя парами G=C 146
  • 147. Комплекс двух молекул дауномицина с ДНК 147
  • 152. Уроки • 1. Масштабные атомно-молекулярные модели – эффективный инструмент обучения и исследований. • 2. Устанавливая структуру биомолекулы, желательно задумываться о ее биологическом предназначении, о ее биологической функции. • 3. Реакции ДНК с различными агентами являются топохимическими и/или контекст-зависимыми. • 4. Без подтверждения структуры с помощью масштабных молекулярных моделей всяческие гипотетические построения почти наверняка обречены на провал. • 5. Наука редко отвечает на вопрос «почему?», чаще только на вопрос «как?». • 6. Современная структурная химия исключительно плодотворно объясняет и предсказывает геометрию молекул. • 7. Таутомерный и ионизационный механизмы возникновения замен пар оснований – идеи, которые трудно доказать. • 8. «Конформационный» механизм неправильного спаривания оснований представляется наболее правдоподобным. • 152
  • 153. • 9. Никакими силами и никогда мы не сможем избавиться от радиоактивных изотопов в природе. • 10. Фотодимеризация тимина – яркая демонстрация топохимической природы реакций мутагена с ДНК. • 11. Озоновый слой в стратосфере действительно надежно защищает нас от вредного мутагенно- канцерогенного действия коротковолнового УФ-излучения. • 12. Основной (мажорный) продукт реакции агента с ДНК далеко не всегда является основной причиной его мутагенности. • Чем мягче мутаген, тем больше его видовая и локусная специфичности. • 13. Делетогены и амплигены заслуживают пристального внимания. • 14. Анализ и сравнение мутационных спектров – продуктивный подход к выявлению сходства и различий между мутагенами. 153
  • 155. Памятник лабораторной мыши в новосибирском Академгородке 155
  • 156. Слайды свободно доступны для всех Никита Николаевич Хромов-Борисов Nikita.KhromovBorisov@gmail.com http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov https://www.researchgate.net/profile/Nikita_Khromov-Borisov http://www.slideshare.net/ssuserb22936 8-952-204-8949 8-921-449-2905