Нуклеїнові кислоти. Генетичний код та його властивості.Геном, особливості будови вірусного генома і клітинного.АТФ та її значення.

Нуклеїнові кислоти вперше виявлено в ядрі клітини, звідки й походить назва цих сполук (від лат. nucleus - ядро). До складу молекул нуклеїнових кислот, крім органогенних елементів (С, Н, О, N), неодмінно входить фосфор (Р). Нуклеїнові кислоти -це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди (від лат. nuсleus - ядро).Молекула нуклеотиду складається із залишків таких компонентів:

1. азотиста (нітратна) основа - речовина зі складною циклічною структурою молекули - у великій кількості містить карбон і нітроген; основою називається тому, що має основні властивості; розрізняють п'ять видів азотистих основ:

- аденін (скорочено позначається А);

- гуанін (Г);

- цитозин (Ц);

- тимін (Т);

- урацил (У);

2.п'ятикарбоновий (п'ятивуглецевий) моносахарид - пентоза; розрізняють: рибозу та дезоксирибозу; вони відрізняються лише тим, що в дезоксирибозі (тобто позбавленій О рибозі) біля другого атома С розташована не гідроксильна група (-ОН), а Н; аденін, гуанін і цитозин утворюють нуклеотиди як із рибозою, так і з дезоксирибозою; тимін - лише з дезоксирибозою, а урацил - лише з рибозою;

3. залишок фосфорної кислоти (фосфат), наявність якого визначає кислотні властивості нуклеотиду.

Крім нуклеотидів, що входять до складу нуклеїнових кислот, неодмінним компонентом будь-якої клітини є вільні нуклеотиди. До складу вільних нуклеотидів входять, крім азотистої основи і пентози, три залишки фосфорної кислоти, які послідовно сполучаються. Причому друга і третя групи фосфорної кислоти приєднуються до нуклеотиду особливими зв' язками, у яких запасається енергія. Ці зв' язки називають макроергічними (від грецьк. makros - великий, ergon - робота) і позначаються значком ~. Найчастіше роль акумулятора енергії виконує аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ складається з азотистої основи - аденіну, пентози - рибози і трьох залишків фосфорної кислоти (фосфатів), які послідовно сполучаються макроергічними зв' язками.

Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) та рибонуклеїнову (РНК). До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, а РНК - рибози. У молекулі ДНК містяться залишки таких азотистих основ: аденіну, гуаніну, цитозину і тиміну. У молекулі РНК містяться залишки таких азотистих основ: аденіну, гуаніну, цитозину і урацилу. Отже, до складу молекули ДНК і РНК входить по чотири типи нук-леотидів, які відрізняються за типом азотистої основи.

Генетичний код – це система триплетів нуклеотидів, які визначають амінокислотну послідовність поліпептидного ланцюга. Дослідження генетичного коду розкрили його основні властивості:

- Триплетність – кожна амінокислота кодується послідовністю із трьох нуклеотидів – триплетом або кодоном (серед 64 кодонів 61 – змістовний і 3 незмістовні кодони – УАА, УГА та УАГ).

- Специфічність – один кодон відповідає лише одній амінокислоті.

- Виродженість (надлишковість) – одній амінокислоті відповідають кілька кодонів (наприклад серину чи лейцину відповідають 6 кодонів, метионіну – всього 1).

- Колінеарність – послідовність нуклеотидів в молекулі і-РНК точно відповідає амінокислотній послідовності у поліпептидному ланцюгу.

- Односпрямованість – зчитування інформації в процесі транскрипції і трансляції відбувається лише в напрямку 5' - 3' кінець.

- Неперекриваємість – останній нуклеотид попереднього кодону не належить наступному триплету.

- Безперервність – між триплетними „словами” відсутні „розділові знаки”.

- Універсальність – в усіх організмах одні і ті самі амінокислоти кодуються одними і тими ж нуклеотидами (проте така властивість характерна лише для ядерного генетичного коду; мітохондріальний генетичний код має деякі відмінності від ядерного).

Гено́м — сукупність всієї спадкової генетичної інформації організму, тобто всіх генів, некодуючих послідовностей ДНК та позахромосомного генетичного матеріалу. Термін «геном» був запропонований Гансом Вінклером в 1920 році для опису сукупності генів в гаплоїдном наборі хромосом організмів одного біологічного виду.

Геном вірусів включає:

Структурні гени, які кодують білки. Займають приблизно 95 % вірусної хромосоми. Білки вірусів можна розділити на декілька груп: структурні, ферменти, регулятори.

 Регуляторні послідовності, які не кодують білки: промотори, оператори і термінатори.

 Інші некодуючі ділянки (сайти), у тому числі:

 ділянка attP, що забезпечує інтеграцію вірусної хромосоми в хромосому клітини-хазяїна;

 ділянки cos - липкі кінцеві ділянки лінійних вірусних хромосом, що забезпечують замикання лінійної хромосоми в кільцеву форму.

Гени, що кодують рРНК і тРНК, в геномі вірусів зазвичай відсутні. Однак в геномі великого фага Т4 є гени, що кодують деякі тРНК.Геном вірусів відрізняється високою щільності упаковки інформації. Експресія (транскрипція і трансляція) вірусних генів відбувається у тому випадку, якщо геном вірусу представлений двонитковою ДНК (у РНК- вірусів потрібний переклад інформації в ДНК). Через полярність ДНК транскрипція йде тільки в одному напрямі, тобто ген має початок і кінець. Тоді "праві" гени не транскрибуватимуться РНК-полімеразою, що рухається вліво, і навпаки. При цьому один і той же ген може транскрибуватися з різних промоторів; в цьому випадку експресія генів контролюється різними механізмами.

Геном клітин прокаріотів містить значну кількість ДНК і, відповідно, більше генів порівняно з вірусами. Наприклад, у бактерії кишкової палички є понад 4100 генів, які кодують білкові молекули, та близько 120 генів, що коду­ють молекули РНК. Гени в ДНК розмежовані міжгенними ділянками. Значна частина структурних генів кишкової палички утворює групи. На кожній групі синтезується одна молекула ІРНК, що кодує кілька білків. Ці білки бе­руть участь у спряжених біохімічних процесах (наприклад, забезпечують синтез певної сполуки). Крім того, ДНК кишкової палички містить велику кількість регуляторних генів, які впливають на активність структурних. Запам’ятайте: серед структурних генів прокаріотів та еукаріотів є три основні групи. Гени першої кодують структуру молекул білків, другої - тРНК, третьої - рРНК. Молекули ІРНК синтезуються лише на одному з ланцюгів молекули ДНК. При цьому послідовність нуклеотидів моле­кули ІРНК комплементарна послідовності ланцюга ДНК, на якому вона синтезована, і збігається за послідовністю нуклеотидів з іншим ланцю­гом, який називають кодуючим, або змістовним.

У багатьох видів прокаріотів геном представлений єдиною молекулою ДНК, яка зосереджена у ядерній зоні клітини - нуклеоїді. Тому їм притаманний гаплоїдний набір генів і рецесивні алелі можуть проявлятися у фенотипі. Крім того, у цитоплазмі бактеріальних клітин є плазміди, або і позахромосомні фактори спадковості. Це невеликі кільцеві молекули ДНК, до складу яких входять кілька генів.