Геометрия
<<  Раннее изучение геометрии Поверхность кемеровской области 2 класс  >>
Геометрия и “живые” молекулы
Геометрия и “живые” молекулы
“Живые” молекулы
“Живые” молекулы
Эвклид
Эвклид
Вот как выглядят белки
Вот как выглядят белки
Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса
Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса
А важна ли 3D геометрия молекул
А важна ли 3D геометрия молекул
Пример удачного описания 3D геометрии живого
Пример удачного описания 3D геометрии живого
В чем состоит описание этого 3D объекта
В чем состоит описание этого 3D объекта
Как мы все это узнали
Как мы все это узнали
“Живые” молекулы - маленькие
“Живые” молекулы - маленькие
Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую
Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую
Темно …
Темно …
Как же нарисовали модели белков
Как же нарисовали модели белков
Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса,
Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса,
Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков
Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков
ДНК – архив информации Значит, должны быть
ДНК – архив информации Значит, должны быть
Два способа чтения ДНК белками
Два способа чтения ДНК белками
В ДНК закодирована информация
В ДНК закодирована информация
Этим и займемся – для участка ДНК
Этим и займемся – для участка ДНК
Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)
Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)
В каком направлении читать ДНК
В каком направлении читать ДНК
Глазами легко увидеть различные пары оснований
Глазами легко увидеть различные пары оснований
ДНК-зависимая РНК-полимераза
ДНК-зависимая РНК-полимераза
Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы
Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы
Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК
Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК
Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)
Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)
Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей
Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей
Межклеточное пространство
Межклеточное пространство
Днк
Днк
Днк
Днк
Днк
Днк
Вот он, белок TetR, собственной персоной
Вот он, белок TetR, собственной персоной
Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК
Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК
Давайте читать ДНК, на расплетая цепей
Давайте читать ДНК, на расплетая цепей
Какие атомы на поверхности ДНК различаются в зависимости от оснований
Какие атомы на поверхности ДНК различаются в зависимости от оснований
“Химический код” в большой бороздке ДНК
“Химический код” в большой бороздке ДНК
Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность
Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность
Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью,
Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью,
Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой,
Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой,
Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом
Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом
Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью геликоида
Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью геликоида
Давайте изобретать белок для распознавания ДНК
Давайте изобретать белок для распознавания ДНК
Вот как это делает тетрациклиновый репрессор
Вот как это делает тетрациклиновый репрессор
Некоторые выводы
Некоторые выводы
Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок
Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок
Димер тетрациклинового репрессора на ДНК
Димер тетрациклинового репрессора на ДНК
CTATCATTGATAG
CTATCATTGATAG
Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой
Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой
Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания
Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания
Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином,
Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином,
Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:
Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:
Скелеты похожи
Скелеты похожи
Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60
Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60
http://www
http://www
Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D
Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D
Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации
Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации
Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов
Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов
Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк
Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк
Вирус ящура
Вирус ящура

Презентация: «Геометрия и живые молекулы». Автор: aba. Файл: «Геометрия и живые молекулы.ppt». Размер zip-архива: 1995 КБ.

Геометрия и живые молекулы

содержание презентации «Геометрия и живые молекулы.ppt»
СлайдТекст
1 Геометрия и “живые” молекулы

Геометрия и “живые” молекулы

2 “Живые” молекулы

“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?

3 Эвклид

Эвклид

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

3D = three dimensional = трехмерный

4 Вот как выглядят белки

Вот как выглядят белки

Порин из бактерии Klebsiella pneumoniae

Зеленый флюоресцентный белок из медузы Aequorea victria

5 Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса

Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса

6 А важна ли 3D геометрия молекул

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

7 Пример удачного описания 3D геометрии живого

Пример удачного описания 3D геометрии живого

Витрувианский человек

Леонардо да Винчи

8 В чем состоит описание этого 3D объекта

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.)

9 Как мы все это узнали

Как мы все это узнали

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

10 “Живые” молекулы - маленькие

“Живые” молекулы - маленькие

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

11 Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую

Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую

клетку, то увидели бы …..

12 Темно …

Темно …

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

13 Как же нарисовали модели белков

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.

14 Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса,

Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса,

наверное, должно выглядеть так:

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

15 Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков

Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков

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

(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:

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

16 ДНК – архив информации Значит, должны быть

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)

17 Два способа чтения ДНК белками

Два способа чтения ДНК белками

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

Фрагмент нуклеосомы лягушки Xenopus laevis

См. Rasmol

18 В ДНК закодирована информация

В ДНК закодирована информация

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

19 Этим и займемся – для участка ДНК

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

20 Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)

Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)

21 В каком направлении читать ДНК

В каком направлении читать ДНК

22 Глазами легко увидеть различные пары оснований

Глазами легко увидеть различные пары оснований

A

C

T

G

23 ДНК-зависимая РНК-полимераза

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

24 Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы

Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы

25 Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК

Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК

Кислород, акцептор протона

Азот, Акцептор протона

Азот, донор протона

26 Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)

Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)

A

T

G

C

Кислород, акцептор

Азот, акцептор

Азот, донор

N Донор

O Акцептор

N Акцептор

N Донор

N Донор

N Акцептор

N Донор

O Акцептор

O Акцептор

N Донор

27 Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей

Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей

История про белок TetR

28 Межклеточное пространство

Межклеточное пространство

Бактерия

Идея бактерии простая, но так просто не получается ?

Периплазма

efflux

diffusion

Цитоплазма

TetA

Белок TetA

29 Днк

Днк

Участки ДНК, узнаваемые TetR

Гены не работают

Периплазма

Цитоплазма

O1

O2

Белок TetA

Белок TetR

tetR

tetA

30 Днк

Днк

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

Периплазма

diffusion

Цитоплазма

O1

O2

Белок TetA

Белок TetR

TetR+Tc

tetR

tetA

31 Днк

Днк

Гены работают

Периплазма

diffusion

Цитоплазма

O1

O2

Белок TetA

Белок TetR

TetR+Tc

tetR

tetA

32 Вот он, белок TetR, собственной персоной

Вот он, белок TetR, собственной персоной

Димер TetR, взаимодействующий с двумя молекулами тетрациклина

33 Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК

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!

34 Давайте читать ДНК, на расплетая цепей

Давайте читать ДНК, на расплетая цепей

Так ничего не понять!

Нужно выделить части!

35 Какие атомы на поверхности ДНК различаются в зависимости от оснований

Какие атомы на поверхности ДНК различаются в зависимости от оснований

ДНК (“букв”)?

Большая бороздка ДНК:

Акцептор протона

Донор протона

Малая бороздка ДНК:

Акцептор протона

Донор протона

Основные различия – в большой бороздке!

36 “Химический код” в большой бороздке ДНК

“Химический код” в большой бороздке ДНК

Акцептор протона

Донор протона

Гидрофобная группа атомов (-CH3 )

C-G

G-C

A-T

T-A

37 Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность

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!

38 Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью,

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.

39 Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой,

Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой,

натянутой на двойную спираль из проволоки (т.н., минимальная поверхность)

Геликоид

Двойная спираль

40 Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом

Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом

Параметры геликоида подгоняются к каждому участку ДНК. Поэтому геликоид искривлен

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

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

42 Давайте изобретать белок для распознавания ДНК

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

43 Вот как это делает тетрациклиновый репрессор

Вот как это делает тетрациклиновый репрессор

См. Rasmol

44 Некоторые выводы

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

45 Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок

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?

46 Димер тетрациклинового репрессора на ДНК

Димер тетрациклинового репрессора на ДНК

Вид сбоку

Вид со стороны ДНК

47 CTATCATTGATAG

CTATCATTGATAG

Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессором

Что в ней особенного?

48 Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой

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

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

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 …..

50 Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином,

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.

51 Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:

Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:

Ничего общего?

52 Скелеты похожи

Скелеты похожи

Зеленый флюоресцентный белок

Порин

53 Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60

Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60

одинаковых молекул белка.

Задача. Как сшить сферу из одинаковых лоскутов?

54 http://www

http://www

rcsb.org/

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

Ключевое слово

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

55 Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D

Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D

структуры в формате PDB

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

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

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

Версия 2.7.3 под Windows и help file

56 Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации

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

57 Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов

Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов

58 Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк

Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк

59 Вирус ящура

Вирус ящура

«Геометрия и живые молекулы»
http://900igr.net/prezentacija/geometrija/geometrija-i-zhivye-molekuly-87995.html
cсылка на страницу

Геометрия

24 презентации о геометрии
Урок

Геометрия

40 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по геометрии > Геометрия > Геометрия и живые молекулы