Лекция № 6: Нуклеиновые кислоты.
«Это долгая история,
которой не следовало
бы быть долгой,
но понадобилось бы
слишком много времени,
чтоб сделать ее короткой.
Генри Дэвид Торо
I. Строение нуклеиновых кислот, которые несут генетическую информацию.
II Функции нуклеиновых кислот, которые несут генетическую информацию.
III Строение нуклеиновых кислот, которые не несут генетическую информацию.
IV. Функции нуклеиновых кислот, которые не несут генетическую информацию.
V. Строение нуклеиновых кислот, которые несут генетическую информацию.
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), нуклеиновые к-ты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу, а как азотистые основания аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т).
Присутствующие в клетках любого организма, а также входят в состав вирусов. Первичная структура молекулы ДНК (подобно первичной структуры белка) индивидуальная и специфическая для каждой природной ДНК и представляет кодовое форму записи биологической информации (генетический код). Впервые доказательство генетической роли ДНК получено в 1944 А. Эйвери с сотрудниками (США) в опытах по трансформации совершенных на бактериях. В виде уникальной последовательности нуклеотидов (содержащие один остаток азотистого основания, дезоксирибозу и один остаток фосфорной кислоты) информация о структуре белка сохраняется в частях молекулы ДНК и много раз и точно воспроизводится с помощью механизмов репликации и транскрипции, затем в процессе синтеза белков на рибосомы ( трансляция) реализуется в последовательность аминокислот. Нуклеотидный состав ДНК, выделенной из организмов разных видов, сильно различается, но характерно для каждого вида. Видоспецифичнисть ДНК - основа геносистематикы и используется для установления филогенетического близости организмов. Содержание нуклеотидов в ДНК подчиняется закономерностям, раскрытым Э. Чаргафф (1950): суммарное количество пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых оснований, причем количество А равно количеству Т, а количество Г количества Ц. Эти закономерности определяются особенностями макромолекул структуры ДНК, открытой Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953). Согласно разработанной ими трехмерной модели структуры ДНК молекулы ДНК представляют две правозакручени вокруг общей оси спиральные полинуклеотидные цепи с шагом спирали 34 А, содержащих 10 нуклеотидов на веток и расположены антипаралельно (последовательность мижнуклеотидних связей в двух цепях направлена в противоположные стороны) на расстоянии 18 А друг от друга. Фосфатные группы находятся на внешних. сторонах двойной спирали, а азотистые основания - внутри, таким образом, что их плоскости перпендикулярны оси молекулы. Основы, при этом противолежащих в цепях образуют за счет водородных связей т.н. комплементарные пары А-Т и Г-Ц. Т. ч., Последовательность оснований в одной цепи однозначно определяет последовательность оснований в другом комплементарной цепи молекулы.
Большинство природной ДНК имеет двухцепочечную структуру, линейную или кольцевую форму (в последнем случае конце молекулы ковалентно замкнутые). Исключение составляют некоторые вирусы, в составе которых обнаружена одноцепная ДНК, также линейная или кольцевая. Биспиральных структура не является абсолютно жесткой, что делает возможным образование перегибов, петель, суперспирали, необходимых для упаковки гигантских молекул ДНК в малом объеме клетки или вируса. В клетках прокариот ДНК организована в одну хромосому - нуклеоид и представляет единую макромолекулу, упакованную в виде суперспирализованих петель; небольшие циклические молекулы ДНК присутствуют в плазмидах - кусочкам ДНК, которые не входят в структуру основной циклической ДНК. ДНК (кольцевые молекулы с мол. М. 106-107) входят в состав митохондрий н хлоропластов, где обеспечивают автономный синтез белков в этих клеточных органоидах. Минимальная для данного вида количество ДНК содержат половые клетки, имеющие галоидный набор хромосом. В ядрах соматических клеток ДНК, как правило, вдвое больше, чем соответствует диплоидному набора. Кроме водородных связей стабилизация спиральной структуры ДНК достигается также межплоскостных взаимодействиями оснований. Параметры модели Уотсона - Крика соответствуют конформации ДНК в физиологических условиях (т.н. В-форма ДНК). Нагрев, изменение рН, понижение ионной силы, ряд других факторов вызывают денатурацию двухцепочечной молекулы ДНК.
Процесс репликации (самоудвоения) ДНК
происходит с помощью ферментов геликазы, которые разрывают водородные связи между цепями и ДНК-полимеразы, которые образуют комплементарный новую цепь на матрице (одному из существующих цепей). Репликация хромосомной ДНК в клетке делящегося начинается с локального распускание двойной спирали и образования репликативной вилки, в чем участвуют специфические эндонуклеазы что расплетают белки. Синхронность репликации обоих антипараллельных цепей обеспечивается благодаря тому, что синтез идет короткими фрагментами (100-10 000 нуклеотидов), которые присоединяются затем к цепям. А. Корнберг в 1967 осуществил ферментативный синтез биол. активной ДНК in vitro.
Процесс транскрипции - считывания информации с ДНК на РНК (рибонуклеиновая кислота) происходит также с помощью геликазы и РНК-полимеразы. При этом формируются информационная РНК (и - РНК) - которая несет информацию о соответствующую последовательность аминокислот в протеинах, состоит из 300 - 30000 нуклеотидов, транспортная РНК (т-РНК) - которая несет информацию с помощью триплета (трех нуклеотидов) о соответствующем аминокислоту, состоит из 70 - 90 нуклеотидов, рибосомная РНК - которая обеспечивает определенное пространственное расположение иРНК и тРНК на рибосоме, составляет около 85% общего количества РНК клетки и 60% массы рибосомы.
ИИ. Функции нуклеиновых кислот, которые несут генетическую информацию.
Роль ДНК заключается в сохранении информации о строении организма (в первую очередь белков, их соотношение и расположение в организме). Эта информация специфична для каждого биологического вида.
Роль и.РНК - это перенос генетической информации от зоны ее сохранения (то есть от ДНК) в город преобразования информации в биомолекулы (белки). В процессе преобразования информации в биомолекулы участвуют также т. РНК - молекула, которая возводит мест синтеза белков аминокислоты и р.РНК - которая составляет примерно 60% рибосомы - органеллы, на которой происходит биосинтез белков.
Таким образом существуют три вида нуклеиновых кислот:
1. и. РНК - информационная;
2. т. РНК - транспортная;
3. г.. РНК - рибосомных.
ИИИ. Строение нуклеиновых кислот, которые не несут генетическую информацию.
ИV. Функции нуклеиновых кислот, которые не несут генетическую информацию.
АТФ - нуклеиновые кислоты, которые не несут генетической информации, но выполняют функцию накопления энергии при образовании химических связей своих молекул. АТФ - аденозинтрифосфорной кислота, АДФ - аденозиндифосфорна кислота, АМФ - аденозинмонофосфорна кислота (рис. 3).
АТФ, АДФ, АМФ - нуклеотиды, моно, ди, или три фосфорные эфиры аденина. Имеют в составе аденин, рибоза, один или два, или три остатка фосфорной кислоты.
АТФ ресинтезуються у эукариот преимущественно в митохондриях, восстанавливаясь с АМФ и АДФ. У прокариот восстановления АТФ происходит преимущественно в клеточной стенке.
НАД (никотинамид) динуклеотид, состоящий из аденина, амида никотиновой кислоты, двух остатков рибозы и двух остатков фосфорной кислоты кофермент дегидрогеназ, обнаружен во всех живых клетках, функционирующий на начальных этапах биологичного окисления жиров, белков и углеводов. Открытый в 1904 в дрожжевом сока А. Гарденом и В. Йонгом; строение установлена в 1936 А. Варбургом и X. Эйлером-Хельпином. С дегидрогеназы в реакциях, катализируемых, НАД и его фосфориловане производное НАДФ - промежуточные акцепторы и переносчики электронов и водорода. В клетках НАД присутствует в значительно больших количествах, чем НАДФ. В большинстве тканей биосинтез НАД осуществляется багатоферментною системой как с никотином, так и с никотиновой кислоты; в печени и почках содержатся ферментные системы, способные синтезировать НАД из триптофана. НАДФ отличается от НАД наличием третьего остатка фосфорной кислоты. В клетках НАДФ присутствует в основном в восстановленной форме (НАДФ.Н). Окисленный НАДФ + - акцептор водорода при окислении глюкозо-6-фосфата в пентозном цикле, в световых реакциях фотосинтеза и т. Д. Восстановленный НАДФ Н используется главным образом в биосинтезе жирных кислот, углеводов (в темновых реакциях фотосинтеза), восстановительном аминирования альфа-кетоглутаровой кислоты. При действии специфична НАДФ-цитохромредуктаза происходит прямое окисление НАДФ в дыхальному цепи. Биосинтез НАДФ осуществляется при фосфор- луванни НАД ферментом НАД-киназы.
