Презентация на тему Нуклеиновые кислоты

(от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов
с молекулярной массой
Нуклеиновые кислоты
от 25 тыс. до
1 млн дальтон и более

История открытия
Фридрих Иоганн Мишер (1844—1895) — швейцарский физиолог, гистолог и биолог, открыл нуклеины в 1869 г.
в клеточных ядрах,
изолированных из гноя,
а также из спермиев лосося.

Значение нуклеиновых кислот
Стабильность НК- важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Биологическая роль заключается:
в хранении, реализации и передаче наследственной информации, "записанной" в виде последовательности нуклеотидов — т. н. генетического кода;
В управлении процессом биосинтеза белка.

«Мы все наследники ДНК»
*

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
ДНК –
дезоксирибонуклеиновая
кислота
РНК
рибонуклеиновая
кислота
сохраняют
генетическую
информацию
участвует в
передачи
генетической
информации

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
МОНОМЕРЫ - НУКЛЕОТИДЫ
ДНК –
дезоксирибонуклеиновая
кислота
РНК
рибонуклеиновая
кислота
Состав нуклеотида в ДНК
Состав нуклеотида в РНК
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Урацил (У):
Рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
Азотистые
основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Тимин (Т)
Дезокси-
рибоза
Остаток
фосфорной
кислоты
Информационная
(матричная)
РНК (и-РНК)
Транспортная
РНК (т-РНК)
Рибосомная РНК (р-РНК)

Нуклеиновые основания
Пиримидин

Пурин
Нуклеиновые основания

Пиримидиновые основания
Урацил Ura
(2,4-диоксопиримидин)
Тимин Thy
(5-метил-2,4-диоксопиримидин,
5-метилурацил
Цитозин Cyt
(4-амино-2-оксопиримидин)

Пуриновые основания
Аденин Ade
(6-аминопурин)
Гуанин Gua
(2-амино-6-оксопурин)

Плоское строение молекул
пиримидина и пурина

Урацил
Тимин

R=OH β-D-рибофураноза
R=H 2-Дезокси-β-D-рибофураноза
2

НУКЛЕОЗИДЫ
Общая структура нуклеозида
R=OH Рибонуклеозид
R=H Дезоксирибонуклеозид

Цитозин + Рибоза Цитидин
Цитозин + Дезоксирибоза Дезоксицитидин
Аденин + Рибоза Аденозин
Аденин + Дезоксирибоза Дезоксиаденозин
Тривиальные названия

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
1

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
9

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
Тимидин
(dT)
тимин

НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

Необычные НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)

внутрь
2
3

наружу
2
3

НУКЛЕОтИДЫ

НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

НУКЛЕОТИДЫ

Циклофосфаты
нуклеозидов
участвуют вместе с соответствующими протеинкиназами в фосфорилировании внутриклеточных белков (ферментов), изменяя их конформацию и активность.
являются вторичными
посредниками в
действии
полипептидных
гормонов,
катехоламинов
и простагландинов.

Общее строение полинуклеотидной цепи

Первичная структура участка цепи ДНК
d(…A—С—G—Т...)
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Первичная структура
нуклеиновых кислот

Первичная структура нуклеиновых кислот

Вторичная структура ДНК
это пространственная организация полинуклеотидных цепей в ее молекуле.

Вторичная структура ДНК
1953 г. Джеймс Уотсон и Френсис Крик
(М. Уилкинс, Э. Чаргафф, А. Тодд, Л. Полинг)

Вторичная структура ДНК
молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси с образованием двойной спирали, имеющей диаметр 1,8 - 2,0 нм. Эти две полинуклеотидные цепи антипараллельны друг другу, т.е. направления образования фосфодиэфирных связей в них противоположны: в одной цепи 5' - 3', в другой 3' - 5'.

Вторичная структура нуклеиновых кислот
Вертикальные взаимодействия между соседними основаниями, располагающимися друг над другом в виде стопок- стэкинг-взаимодействия
два типа электронных эффектов – лондоновские дисперсионные силы (обусловленные индуцированными диполями) и взаимодействие между постоянными диполями дают весьма заметный эффект.

Гидрофобные силы
Если растворенные молекулы агрегируют друг с другом, то суммарная поверхность, контактирующая с водой, уменьшается. Это приводит к высвобождению молекул структурированной воды, к увеличению ее энтропии и к стабилизации агрегатов.

Водородные связи
Пурин
Пиримидин
Данный вид взаимодействия называют "поперечным"

Комплементар-ность
(от лат. complementum — дополнение) — пространственная взаимодополняемость молекул или их частей, приводящая к образованию водородных связей. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку. Комплементарный — дополняющий.

Водородные связи между
комплементарными основаниями

Водородные связи
пара ГЦ связана несколько прочнее и более компактна

Правила Чаргаффа
1) количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований;
2) количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина равно количеству цитозина;
3) количество оснований, содержащих аминогруппу в положениях 4 пиримидинового и 6 пуринового ядер, равно количеству оснований, содержащих в этих же положениях оксогруппу. Это означает, что сумма аденина и цитозина равна сумме гуанина и тимина.

Угол вращения - 36°
Оснований на виток – 10
Правозакручена
Классическая двойная спираль Уотсона-Крика
получила название В-формы ДНК.

Угол вращения - 32°
Оснований на виток – 11
Правозакручена
При дегидратации В-формы образуется А-форма ДНК-правозакрученная двойная спираль, содержащая в одном витке ок. 11 остатков нуклеотидов, плоскости гетероциклич. оснований повернуты примерно на 20° относительно перпендикуляра к оси спирали.

Угол вращения - 60°
Оснований на виток – 12
Левозакручена
При изменении ионной силы и состава растворителя двойная спираль изменяет свою форму и даже может превращатьтся в левозакрученную спираль (Z-форма)

Мутации

Мутации

Мутации под воздействием
химических факторов

Третичная структура ДНК.

У человека ДНК клетки организовано в 23 пары хромосом. Средняя протяженность ДНК хромосомы, включающая 130 млн. пар оснований, имеет среднюю длину 5 см.
Многократная спирализация ДНК, сопровождающаяся образованием комплексов с белками, и представляет собой ее третичную структуру
Фибриллы хроматина представляют собой структуры, напоминающие бусы на нитке: небольшие, около 10 нм глобулы, связанные друг с другом отрезками ДНК длиной около 20 нм. Эти глобулы получили название нуклеосом

нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм, образует в свою очередь спиральные витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток такой суперспирали приходится 6-7 нуклеосом.
Такие 25-30-нанометровые глобулы получили название нуклеомеров или «сверхбусин». Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает 40-кратное уплотнение ДНК.

встречаются положительные и отрицательные супервитки, образованные за счет скручивания по часовой или против часовой стрелки двойной спирали ,
специфическое связывание с белками
приводитк дальнейшему формированию
в этих участках больших петель или доменов

ДНК
В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Модель нити ДНК толщиной 30 миллионных частей миллиметра.
Изображение Nature

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Нуклеосома, первый уровень упаковки.
Двойная спираль ДНК дважды огибает комплекс гистонных протеинов. Точное положение уплотнительного протеина H1 требует еще уточнения.
Иллюстрация Матиас Бадер (Mathias Bader)

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Второй уровень упаковки. Вопреки тому, что полагали до сих пор, структура «жемчужного ожерелья» ДНК закручивается не в форме спиралевидной структуры (а), а в форме зигзага (b). Изображения Science

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Структура тетрануклеосомы, определенная командой Тима Ричмонда, показывает, что две нуклеосомы, сложенные одна в другую, соединены с двумя другими нуклеосомами, расположенными напротив, посредством прямой нити ДНК. Эти две кипы соответственно сложены в противоположном направлении.

Репликация – процесс самоудвоения молекулы ДНК на основе принципа комплементарности.
Значение репликации: благодаря самоудвоению ДНК, происходят процессы деления клеток.

Репликация ДНК
(рис. 7).

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Таблица. Параметры некоторых молекул ДНК

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
Таблица. Параметры молекул РНК бактерии Е. соli

ВИДЫ РИБОНУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
транспортная РНК (т-РНК), информационная РНК (и-РНК), рибосомная РНК (р-РНК).

т-РНК
На долю приходится 10-20% от суммы клеточных РНК; их молекулярная масса 30.000, цепь включает 75-90 нуклеотидных звеньев. Основная роль т-РНК состоит в том, что они транспортируют аминокислоты из цитоплазмы к месту синтеза белка − в рибосомы. Число т-РНК превышает число α-аминокислот, участвующих в построении белков.

СТРУКТУРА РНК
Схема двухцепочечного участка РНК

СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК
А. Вторичная структура и доменная организация рибосомальной 16S РНК T.Thermophilus. 5'-домен обозначен синим цветом, центральный — фиолетовым, 3'-major — красным и 3'-minor — желтым. Спиральные участки пронумерованы от 1 до 45.

СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК
B. Вторичная структура и доменная организация 16S и 5S РНК T.Thermophilus. Шесть доменов обозначены разными цветами. спиральные участки пронумерованы от 1 до 101.

СТРУКТУРА РИБОСОМАЛЬНОЙ РНК
C. Трехмерная структура рРНК малой субъединицы. Цвет доменов соответствует рис. А. Домены образуют отдельные блоки укладки.
D. Трехмерная структура рРНК большой субъединицы. Цвет доменов соответствует рис.В. В процессе укладки (фолдинга) домены сильно переплетаются друг с другом.

При расщеплении макроэргической связи Р~О выделяется ~32 кДж/моль. С этим связана важнейшая роль АТФ как «поставщика» энергии во всех живых клетках. Нуклеозидная часть молекулы важна для узнавания и связывания с различными ферментами, использующими АТФ или ГТФ.

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
1. Информационная, или матричная РНК (ее обозначают мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДНК, содержащейся в хромосомах, к рибосомам, где происходит синтез белка со строго определенной последовательностью аминокислот.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
2. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам, где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности, которую задает мРНК.
3. Рибосамная РНК (рРНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах.
Рибосомы — это сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырех рРНК и нескольких десятков белков.

Транскрипция

Трансляция

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Таблица. Генетический код

Передача наследственной информации от ДНК к и-РНК и к белку
ДНК Г Т Г Г Г А Т Т Т Ц Г Т
(фрагмент) Ц А Ц Ц Ц Т А А А Г Ц А
и- РНК Г У Г Г Г А У У У Ц Г У
(фрагмент)
Антикодоны
т- РНК Ц А Ц Ц Ц У А А А Г Ц А
Полипептид
(фрагмент) Валин Глицин Фенилаланин Аргинин
*

Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез.
Этапы биосинтеза белка:
ДНК репликация ДНК транскрипция и-РНК трансляция белок
*

Николай Константинович
Кольцов (1872-1940)
Отечественный зоолог, цитолог, генетик.
Выдвинул идею о том, что синтез белка идет
по матричному принципу.
*

Строение рибосомы: 1 — большая субъединица, 2 — малая субъединица
Рибосомы - очень мелкие органоиды клетки, образованные рибонуклеиновыми кислотами и белками.
Каждая рибосома состоит из двух частиц - малой и большой.
Основной функцией рибосом является синтез белков.
*

*
Биосинтез белка

Трансляция– перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц

Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке тРНК.
Кодон– триплет нуклеотидов на и-РНК.
мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Водородные связи между
комплементарными нуклеотидами

мРНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Пептидная
связь
а/к

И-РНК на рибосомах
белок

На одной и-РНК «работают» несколько рибосом. Такой комплекс называется полисома. После завершения синтеза иРНК распадается на нуклеотиды.
Весь цикл процессов, связанных с синтезом одной белковой молекулы, занимает в среднем 1-3 с.
Полисома из печени содержит 12 рибосом, которые выглядят темными пятнами. А цепочка иРНК на снимке не видна.
*

Спасибо!!!
*

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах

Никотинамиднуклеотиды

Никотинамиднуклеотиды

Никотинамиднуклеотиды
Энантиотопные атомы Hа
(про-R) и Нб (про-S) в молекуле НАДН

Никотинамиднуклеотиды

Никотинамиднуклеотиды
Стереоспецифичность окислительно-восстановительной реакции с участием кофермента.

Никотинамиднуклеотиды

Никотинамиднуклеотиды

Никотинамиднуклеотиды