Нукл.кислоты22

ПЛАН ЛЕКЦИИ:
Нуклеиновые кислоты, строение, свойства, функции ДНК.
Уровни компактизации ДНК.
Репликация ДНК.
Репарация ДНК.
Строение и функции РНК.
Словарь генетического кода.

1. Нуклеиновые кислоты, строение, свойства и функции ДНК.
1) Открыты нуклеиновые кислоты швейцарским биохимиком Ф.Мишером в 1869 году в ядрах клеток гноя и головках сперматозоидов. В 1891г. Немецкий биохимик А.Кассель определил химический состав нуклеиновых кислот и доказал существование 2 видов: ДНК и РНК.

Эксперимент Фредерика Гриффита

Перенос генетической информации бактериофагами

Доказательство генетической роли ДНК
1928 год. Опыты английского микробиолога Фредерика ГРИФФИТА.

2) В 1944 году блестящими опытами американских ученых ЭЙВЕРИ, МАК-ЛЕОДОМ, МАК-КАРТИ проведена трансформация бактерий.
3) Окончательно этот вопрос был решен в экспериментах на бактериофагах - вирусах бактерий в 1948 году. В опытах с мечеными соединениями было убедительно показано, что ДНК является носителем генетической информации.

Доказательством генетической функции ДНК является:
1. Локализация ДНК в хромосомах.
2. Постоянство числа хромосом в клетке одного вида = 2n.
3. Постоянство количества ДНК в клетках одного вида = 2С или 4С, в зависимости от клеточного цикла.
4. Уменьшенное вдвое количество ДНК в ядрах половых клеток
5. Влияние мутагенов на химическую структуру ДНК.
6. Явление генетической рекомбинации у бактерий при их конъюгации – обмен генетической информацией, часть ДНК из одной клетки переходит в другую.
7. Явление трансдукции – перенос генетического материала от одного штамма бактерий в другой.
8. Инфицирующая функция изолированной нуклеиновой кислоты вирусов.

Строение
нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК
полинуклеотидные цепочки, мономерами которых являются нуклеотиды.
Нуклеотид состоит из:
1) азотистого основания;
2) моносахарида;
3) остатка фосфорной кислоты.

Химическое строение
В состав
Нуклеиновых
кислот входят:
Азотистые
основания

пиримидины

пурины

2) Сахара

3) Остаток фосфорной кислоты

Строение нуклеотида

Строение нуклеотида
При соединении сахара с азотистым основанием образуется нуклеозид.
При соединении нуклеозида с фосфорной кислотой образуется нуклеотид.

Строение полинуклеотида
Молекула нуклеотида ассиметрична, фосфорная кислота присоединяется к 5, углероду собственного сахара, а к 1, углероду сахара присоединяется азотистое основание.
К 3, углероду сахара предыдущего нуклеотида присоединяется отстаток фосфорной кислоты слудующего нуклеотида, образуется сахаро-фосфатный остов.

Виды нуклеотидов
АТФ, АДФ, АМФ, НАД+ и др.
Функции:
1) Регулируют процессы внутриклеточного обмена веществ;
2) являются источником энергии в клетке (АТФ, АДФ)
3) являются переносчиками водорода (НАД+, ФАД+ и т.д.)
Нуклеотиды ДНК:
Дезоксиаденозинмонофосфат,
тимидинмонофосфат,
дезоксигуанозинмонофосфат,
дезоксицитидинмонофосфат.
Нуклеотиды РНК:
аденозинмонофосфат,
уридинмонофосфат,
гуанозинмонофосфат,
цитидинмонофосфат.

ДНК
Схема строения ДНК была предложена в 1953 г. биохимиком американцем Джеймсом Уотсоном и физиком, переквалифицировавшимся в биохимика Френсисом Криком

Факты, которые использовали Уотсон и Крик при построении молекулы ДНК
1950 г. – англ. биофизик Морис Уилкинс и его ученица Розалинда Франклин на рентгенограмме кристаллических волокон ДНК получили четкое подтверждение 2-ой спирали. (крестообразный рисунок)

1950 г. – англ. группа Тоддa установила точную структуру связей между нуклеотидами – фосфодиэфирная связь.
1950-51 гг. – Чаргафф проанализировал количественный состав ДНК и показал, что количество А=Т, а Ц=Г. Эта закономерность получила название – Правила Чаргаффа и свидетельствовала о строении молекулы ДНК: сумма пуриновых оснований = сумме пиримидиновых. А+Г=Ц+Т

Уотсон и Крик показали, что ДНК образована двойной спиральной полинуклеотидной цепью,
т.е. двумя цепями полинуклеотидов,
(пространственная структура В-формы ДНК).

Первичная структура – одиночная вправозакрученная полинуклеотидная цепь (сахаро-фосфатный остов).

Вторичная структура – двойная вправозакрученная спираль.
Ширина спирали – 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм, каждый шаг спирали образован 10 парами нуклеотидов

1. Принцип комплементарности (комплемент – взаимодополнение).
А=Т
ГΞЦ

2. Принцип
антипарал-лельности

3. Принцип полуконсер-вативности

Третичная структура – комплекс ДНК с белками (гистоновыми и негистоновыми) и характеризуется суперспирализацией возникает при компактизации
Полиморфизм структуры ДНК:
А-,В-,Z- формы ДНК

2. Уровни компактизации ДНК в ядре
Двойная спираль
d=2нм,
Первый этап:
нуклеосомный
Ученые: 70е годы:
Д. Хьюш, Буржоу (Австралия), А.Олинс и Д.Олинс (США), Р.Кориб (Великобр.),
1985 Раблю (Франция) и др.
Георгиев, Льюни.

H2A, H2B, H3 and H4 – основные гистоны
H1 – связующий гистон

НУКЛЕОСОМА – повторяющаяся структурная единица хроматина – «бусины на нитке»
7-кратное укорочение длины хромосом
Диаметр нуклеосомы
Участок ДНК длиной 20-100 п.н

Нуклеосомы ассоциируют друг с другом, формируя более компактную структуру –
спираль толщиной 30 нм
Длина нити ДНК сокращается в 50 раз
соленоид
3-D зигзаг

уровень компактизации - хромомерный
Взаимодействие между 30 нм фибриллами и ядерным матриксом (негистоновые белки - ламины, ScI, ScII, ядерная мембрана, поровые комплексы, внутриядерная сеть) или белковым каркасом хромосом (scaffold)
хроматиновые (радиальные) петли (25 000-200 000 п.н.)
Районы прикрепления к матриксу или к scfffold

Хромомерный этап, d=300-400нм

Хромонемный этап, d=700нм

Хроматидный, d=1400нм

Свойства ДНК
1) Универсальность.
2) Специфичность
Специфичность зависит от ряда обстоятельств:
Сколько нуклеотидов образуют ДНК
Какие нуклеотиды образуют ДНК
Как расположены нуклеотиды в цепи
3) Способность к самоудвоению, репликации или редупликации.
4) Способность к репарации.

3. Репликация ДНК
Репликация или самоудвоение ДНК, относится к реакциям матричного синтеза. Во время репликации каждая из двух цепей ДНК служит матрицей для образования комплементарной цепи. Репликация протекает в S период интерфазы клеточного цикла.

Репликацией ДНК выполняется одна из функций ДНК – воспроизведение и передача новому поколению генетической информации в процессе полового и бесполого размножения

Репликация начинается сразу в нескольких точках.
Единица репликации – репликон.

Компоненты системы репликации
У эукариот в репликации принимают участие более 30 ферментов:
ДНК-полимеразы;
ДНК – праймаза (синтезирует затравку);
ДНК- хеликаза, расплетает цепи ДНК;
ДНК-лигаза соединяет фрагменты Оказаки;
SSB –белки участвуют в формировании репликативной вилки.

Репликация ДНК
Всегда полуконсервативна
Начинается с области, которая называется ориджин
Синтез ДНК инициируется фрагментами РНК, которые называются праймерами
Элонгация всегда проходит в направлении 5’-3’.
Репликация по лидирующей цепи непрерывна,
по отстающей цепи- прерывиста
Синтезируемая цепь комплементарна и антипараллельна своей матрице

4.Репарация ДНК – способность ДНК восстанавливать свою целостность.
Прямая репарация
(структура поврежденного нуклеотида восстанавливается без его вырезания)
Пример – удаление сшивок между тиминовыми димерами; фотореактивация или световая репарация;
репарация однонитевых разрывов ДНК.

4.Репарация ДНК –
Эксцизионная репарация (темновая репарация)
Репарация с удалением поврежденных оснований
удаление одного нуклеотида
удаление фрагмента ДНК
(дорепликативная).
1 нить ДНК как образец для новой копии.

Компоненты системы репарации
фермент "узнающий" химически измененные участки в цепи ДНК и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения (например урацил-гликозилаза)
фермент, удаляющий поврежденный участок (например эндонуклеаза)
фермент (ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого
фермент (ДНК-лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность

Пострепликативная репарация – проверка полного соответствия комплементарности дочерней цепи материнской, необходимы 2 нити одной хромосомы, здоровая хроматида.
Мисметч репарация – исправление ошибок репарации, устранение некорректно спаренных оснований.
Репарация склонная к ошибкам:
SOS-репарация – отмечается при больших повреждениях цепи ДНК (у прокариот)

Репарация склонная к ошибкам:
SOS-репарация – отмечается при больших повреждениях цепи ДНК (у прокариот)

Пигментная ксеродерма
Тип наследования – аутосомно-рецессивный
Нарушена эксцизионная репарация (мутации разных генов)

Функции ДНК
1) Передача наследственной информации из поколения в поколение.
2) Хранение наследственной информации.
3) Реализация наследственной информации.
4) Контроль за процессами обмена веществ в клетке.
5) Восстановление поврежденных участков информации.
6) Запись генетической информации.
Генетическая информация записана в виде генетического или биохимического кода.

5. Строение и функции РНК
и-РНК составляет 5% всей РНК в клетке,
содержит информацию об аминокислотной последовательности белка
Функции хвостика:
1) защита от разрушения
2) обеспечивает выход и-РНК в цитоплазмах
3) по его длине определяют время
нахождения и-РНК в цитоплазме
Функции КЭП:
1) защита от разрушения
2) присоединение и-РНК к малой субъединице
рибосомы

Информационная РНК

т–РНК (10%).
Состоит из 70-80 нуклеотидов, имеет вид трилистика или кленового листочка.
Антикодон –триплет на центральной шпильке
Аминоацильная зона т-РНК – осуществляет транспорт аминокислот к рибосоме

Рибосомальная РНК
р-РНК составляет 85% от всей РНК клетки
Функции р-РНК:
1) структурный компонент рибосом;
2) обеспечивает взаимодействие рибосомы с и-РНК и т-РНК.

Отличия ДНК и РНК

1. Этапы экспрессии генетической информации
В 1958 году Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии. Она показывает план потока информации в клетке
ДНК ? РНК ? белок ? признак
Затем эта формула была дополнена:
ДНК ?? ДНК ?? РНК ? белок ? признак
Этот поток включает у эукариот 6 процессов:
репликацию ДНК
транскрипцию
обратную транскрипцию
процессинг и сплайсинг РНК
трансляцию
процессинг белка

2. Генетический код и его свойства.
Генетический код – система расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, контролирующая последовательность расположения аминокислот в белке.
СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА: код трехбуквенный, триплетный (состоит из кодонов);
генетический код универсален;
генетический код уникален;
генетический код вырожденный;
генетический код неперекрывающийся;
генетический код эволюционно заморожен.

Словарь генетического кода

Аминокислоты и их обозначения

Строение и классификация аминокислот
В клетках встречается 170 а/к, в составе белков 20. Cуществуют основные – c более одной аминогруппой и кислые – с более чем одной карбоксильной группой.
Общая формула:
NH2-CH-COOH
!
R (радикал)
Аминокислоты в белках соединяются прочной азот-углеродной (пептидной связью), образуют первичную структуру белка.