ДНК и РНК - нуклеиновые кислоты

БЕЛКИ
РЕГУЛЯТОРЫ
ФЕРМЕНТЫ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ
МАТЕРИАЛ
ТРАНСПОРТ
ДВИЖЕНИЕ
ЗАЩИТА
Уникальность функций белков
Матрицы?
Углеводы, липиды
РНК – рибозимы
Другие гормоны, ц-АМФ, ионы
т-РНК
Есть ли другие вещества, выполняющие те же функции ?

Белки выполняют все функции, кроме одной –
ИНФОРМАЦИОННОЙ
не способны к самовоспроизведению

Эту функцию выполняет ДНК
главная и единственная ее функция

ДНК – самая большая молекула в клетке. Она намного больше белков и РНК
Каждая хромосома = одна молекула ДНК
23 хромосомы человека = 23 молекулы ДНК
≈ 1 метр
Самые длинные из них ≈ 8 см
ДНК – это молекула-текст. В последова-тельности ее нуклеотидов записана вся наследственная программа организма

клетка
хромосомы в ядре
ДНК
хромосома
1 молекула ДНК

1953
Фрэнсис Крик
Джеймс Уотсон
Открыта структура ДНК
Дата рождения
молекулярной биологии

Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Нобелевская премия 1962

Розалинд Франклин
Рентгеноструктурный портрет ДНК – знаменитое фото 51
1920 - 1958

http://www.bbc.co.uk/bbcfour/documentaries/features/rosalind-franklin.shtml

Молекулы ДНК и РНК можно увидеть в электронный микроскоп
ДНК бактериальных плазмид

ДНК реовируса
сканирующий электр. микроскоп

ДНК, выделенная
из одной хромосомы человека
РНК
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/L/Laemmli.gif

ДНК и РНК – нерегулярные полимеры
мономер – нуклеотид
2. фосфат
1. сахар
3. азотистое основание
Одинаковая часть
состоит из 3 частей

Сахар
Рибоза
2’

Сахар
дезоксирибоза
2’
H
2’ -

3’
H
1’
5’
3’

Нуклеотид
фосфат
Сахар (рибоза / дезоксирибоза)
Азотистое основание – одно из 4
1’
3’
5’

Тимин, Т
Цитозин, Ц
Аденин, А
Гуанин, Г
ДНК

Тимин, Т
Цитозин, Ц
Аденин, А
Гуанин, Г
ДНК
РНК
Урацил, У
Убрали метильную группу

АТФ – аденозин трифосфат

Синтез цепочки из нуклеотидов
Реакция конденсации – отщепление молекулы воды.
Затрата энергии
Е

3’
5’
Ц
ОН

3’
5’
Ц
ОН
Н
Фосфодиэфирная связь

5’
Ц
Фосфодиэфирная связь
5' конец цепи
3' конец цепи
Фосфодиэфирная связь
Направление роста

Растущий конец – всегда 3´
для всех нуклеиновых кислот – ДНК и РНК

Строение ДНК

1950
Правила Чаргаффа
Эрвин Чаргафф

Правила Чаргаффа
[ А ] + [ Г ] = [ Т ] + [ Ц ] = 50%

Объяснение правилам Чаргаффа дали Уотсон и Крик
ДНК – это 2 цепочки, соединенные по принципу комплементарности

Принцип комплементар-ности:
А Т
Г Ц
- - - - -
- - - - -
- -
Слабые водородные связи!

5’
Ц
3’
5’

1 виток – 10 н.п.
На одну н.п. приходится 0.34 нм

Принципы строения ДНК
А
Г
Г
Т
Ц
А
А
Ц
Нерегулярность
Двуцепочечность
Ц
Ц
Комплементарность
А
Г
Т
Т
Г
Антипараллельность
3'
5'
5'
3'
Т

Какие черты в строении ДНК прямо указывают на ее функцию?
(Сравните со строением белков)

Строение РНК

Отличия РНК от ДНК
Одноцепочечные молекулы
Сахар – рибоза вместо дезоксирибозы
У вместо Т
Намного меньше – сравнимы по размеру с белками.

Виды РНК
и-РНК = м-РНК информационная, матричная
до 10 тысяч нуклеотидов
т- РНК транспортная
около 100 нуклеотидов
р-РНК рибосомальная
2-3 тысячи нуклеотидов
как и белки, имеют
3-мерную конформацию
линейная

Образование вторичной структуры РНК
Г
Ц
Ц
У
У
Ц
Г
Г
А
А
Г У А У
Ц А У А

Схема образования петель в РНК
за счет комплементарных участков

«клверный лист»
Транспортная РНК
~ 100 нуклеотидов

Рибосомальная РНК
16 S р-РНК
Самая большая из всех видов РНК –
2-3 тысячи нуклеотидов

Функции РНК
в порядке их открытия
Информационная: реализация информации
Все виды РНК – посредники в передаче информации от ДНК к белку
Место встречи всех трех РНК – ?
рибосома
1950-e

Функции РНК
в порядке их открытия
Информационная: хранение информации (у части вирусов)
Примерно 80% вирусов человека и животных использует для записи информации РНК
У них она выполняет ту же роль, что ДНК у всех остальных организмов

Функции РНК
в порядке их открытия
Каталитическая 1982
Рибозимы – РНК-ферменты
Не все РНК, а лишь некоторые:
р-РНК рибосом,
РНК некоторых вирусов
РНК в составе сплайсосомы

Минимальный рибозим, способный расщеплять РНК
Томас Чек

Функции РНК
в порядке их открытия
Регуляторная 1990-е
Малые РНК регулируют работу генов в ядре и синтез белка в цитоплазме
Аналогична функции ДНК-связывающих белков

ДНК – принцип комплементарности, позволяющий матричное копирование молекулы
Белков – трехмерную структуру, позволяющую выполнять самые разные функции (катализ, регуляцию, транспорт)
РНК сочетает свойства

РНК
ДНК
Белок
3-D форма и разнообразные функции
Матричное копирование