Структура и функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты
Высокомолекулярные соединения, состоящие из нуклеотидов.
Типы:
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)
РНК (рибонуклеиновая кислота):
мРНК
рРНК
тРНК

Функции нуклеиновых кислот
Хранение и передача генетической информации.

Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот
3 компонента:
Азотистое основание
Пентоза
Фосфорная кислота

Азотистые основания
Пуриновые:
Аденин (А)
Гуанин (G)
Пиримидиновые:
Цитозин (C)
Урацил (U)
Тимин (T)

Пуриновые азотистые основания
Пурин
2
4
3
5
6
7
8
9
1
Аденин (A)
Гуанин (G)

Пиримидиновые основания
6
4
3
2
1
5
Пиримидин
Тимин (Т)
Урацил (U)
Цитозин (C)

Пентозы
Рибоза
5'
4'
3'
2'
1'
Дезоксирибоза

Нуклеозиды
Азотистое основание + пентоза
N-гликозидная
связь
Дезоксигуанозин
Уридин
1
9
1'
1'

Нуклеотиды
Нуклеозид + 1, 2, 3 остатка фосфорной кислоты
АТР
АDP
АМР

Нуклеотиды
dCТР
dCDP
dCМР

Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов

Функции нуклеотидов
Предшественники (нуклеозид-трифосфаты) и мономеры (нуклеозид-трифосфаты) нуклеиновых кислот.
Макроэргические соединения (нуклеозид-трифосфаты).
Коэнзимы (примеры – НАД+, ФАД).
Активаторы определенных веществ
(примеры – УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин).
Вторичные посредники (циклические нуклеотиды – цАМФ, цГМФ).

УДФ-глюкоза
УДФ-глюкоза является активной формой глюкозы,
которая участвует в синтезе гликогена.

Циклические нуклеотиды
АМРc – синтезируется из
АТР под действием фермента
аденилатциклаза.
GМРc – синтезируется из
GТР под действием фермента
гуанилатциклаза.

Минорные азотистые основания и нуклеозиды
7-метилгуанин –
входит в состав
«кэп»-а мРНК.
Псевдоуридин –
входит в состав
тРНК.
Дигидроуридин –
входит в состав
тРНК.

Первичная структура ДНК
– последовательность
дезоксирибонуклеотидов в
полинуклеотидной цепи.
Связи между нуклеотидами –
3´,5´-фосфодиэфирные связи.
Направление
полинуклеотидной цепи – 5´→3´.

Первичная структура ДНК

Двойная спираль ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика, 1953 г.)
Две антипаралельные, комплементарные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси.
Связи между цепями – водородные.
Антипаралельность – одна цепь 5´→3´, вторая – 3´→5´.
Комплементарность:
А связывается с Т (2 водородные связи),
Г связывается с Ц (3 водородные связи).

Двойная спираль ДНК

Правила Чаргаффа
молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов: А+Г = Т+Ц.
3) А = Т и Г = Ц.
4) коэффициент специфичности – отношение Г+Ц/А+Т является важным для характеристики вида.
Для животных и большинства растений этот коэффициент ниже 1 (от 0,54 до 0,94), у микроорганизмов – от 0,45 до 2,57.

Типы двойной спирали ДНК
Правозакрученные А, В.
Левозакрученная Z
Тип В двойной спирали ДНК:
Один виток (шаг спирали) –
10 пар нуклеотидов
Высота – 3,4 нм
Диаметр – 1,8 нм

Типы двойной спирали ДНК

Следующий уровень компактизации и суперспирализации ДНК осуществляется с участием гистоновых и негистоновых белков.
Гистоны – основные белки (содержат много Lys и Arg).
5 типов гистоновых белков – Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.

Нуклеосомы
- 4 гистона образуют октамерный комплекс (Н2А, Н2В, Н3, Н4)2, вокруг которого накручивается двойная спираль ДНК, совершая 1,75 оборота (146 пар нуклеотидов).
Между нуклеосомами имеется линкерная ДНК (около 60 нуклеотидов), к которой связывается гистон Н1.

30 nm Solenoid ~40 / 50
DNA
Firul de cromatină?
~ 1,000
Cromosoma metafazică/ cromatina interfazică
~ 10,000
Compactizarea
cromatinei
Nucleosoma
= оctamer de histone
H2a, H2b, H3, H4
146 / 200 bp DNA
Compactizare
~10 ori

Денатурация ДНК
Обратимый процесс (ренатурация или ренативация) – из-за комплементарности

Гибридизация ДНК–ДНК

Гибридизация ДНК–ДНК используется для:
установления сходства или различия первичной структуры разных образцов ДНК:
ДНК разных видов различаются.
ДНК всех органов и тканей одного вида идентичны.

Гибридизация ДНК–РНК

Типы и функции основных РНК
транспортные РНК (тРНК) – транспорт аминокислот.
матричные РНК (мРНК) – являются матрицей для синтеза белков.
рибосомальные РНК (рРНК) – входят в состав рибосом, участвуют в синтезе белка.

Первичная структура РНК
– последовательность рибонуклеотидов в
полинуклеотидной цепи.
Связи между нуклеотидами –
3´,5´-фосфодиэфирные связи.
Направление полинуклеотидной цепи – 5´→3´.

Различия в первичной структуре РНК и ДНК

Транспортные РНК
Вторичная структура – «клеверный лист».
Короткие молекулы – 70-95 нуклеотидов.
Содержат много минорных оснований.
Образуют петли.
Третичная структура – буква «L».
Функция – транспорт и адаптация аминокислот к соответствующему кодону на мРНК в процессе биосинтеза белка.

Транспортные РНК
Акцепторный участок – содержит ЦЦА-последовательность. Функция – связывание аминокислоты.
Антикодоновая петля – содержит триплет нуклеотидов (антикодон), комплементарный кодону на мРНК.
Псевдоуридиловая петля – связывание к рибосоме.
Дигидроуридиловая петля – связывание аминоацил-тРНК-синтетазы.

Транспортные РНК
Акцепторный участок
Дигидроуридиловая
петля
Псевдоуридиловая
петля
Антикодоновая
петля