Функциональная роль цепей ДНК.

Ф КГМА 1-8-21/02

МУ «Организация методической

Работы в соответствии с ГОСО

Года» от 04.07.2007г.

Карагандинская Государственная Медицинская Академия

Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики

Лекция

Тема: «Нуклеиновые кислоты, классификация, строение».

«Функции нуклеиновых кислот»

Специальность: 051301 - «Общая медицина»

Курс: 1

Время: 100 минут.

Караганда 2007

Обсуждена на заседании кафедры молекулярной биологии и медицинской генетики

Протокол № ____________

 

«_____» __________ 2007г.

 

Зав. каф. Молекулярной биологии

и медицинской генетики, д.б.н.: Б.Ж. Култанов

 

 

Тема: «Нуклеиновые кислоты, классификация, строение»

«Функции нуклеиновых кислот»

Цель: Изучить нуклеиновые кислоты, их строение виды и функции.

 

План лекции:

1. Открытие нуклеиновых кислот.

2. Структурные компоненты нуклеотида.

3. Трехмерная модель ДНК.

4. Структурная организация молекулы.

5. Функциональная роль ДНК роль цепей ДНК.

6. РНК, ее виды.

7. Характеристика кодирующей и смысловой цепей.

8. Функции матричной РНК.

10. Функции транспортной РНК.

11. Функции рибосомной РНК.

 

Тезисы лекции

Наличие нуклеиновых кислот было обнаружено Ф. Мишером в 1869г, при исследовании клеток гноя. В 1914г Щепотьев предположил, что нуклеиновые кислоты участвуют в переносе наследственной информации. Но только в 1914г Эвери и сотрудники, на основании опытов Грифитса по трансформации у бактерий, доказали роль ДНК в хранении и передаче наследственной информации.

Нуклеиновые кислоты - полимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов, включающих 3 компонента:

1) сахар (пентоза);

2) фосфат;

3) азотистое основание (пурин или пиримидин);

Пурины – аденин и гуанин.

Пиримидины – цитозин, тимин и урацил (в РНК).

Остов цепи образуется остатками пентозы – дезоксирибозы и фосфата. Соединение нуклеотидов цепи ДНК происходит фосфодиэфирной связью (фосфат одного нуклеотида и гидроксил другого нуклеотида), в результате образуется полинуклеотидная цепь.

Сборка цепи идет при участии фермента полимеразы. Начало цепи всегда несет фосфат в положении 5', а конец цепи свободный гидроксил (ОН) в положении 3'.

Особенностью структурной организации ДНК является то, что она состоит из двух полинуклеотидных цепей.

Согласно трехмерной модели ДНК, предложенной в 1953г американским биофизиком Дж. Уотсоном, английским генетиком Ф. Криком, цепи соединяются друг с другом водородными связями между их азотистыми основаниями по принципу комплементарности.

Аденин одной цепи соединяется с тимином другой цепи двумя водородными связями.

Другой важной особенностью объединения двух полинуклеотидных цепей ДНК является их антипараллельность:

5' конец одной цепи соединяется с 3' концом другой и наоборот.

5' → 3'

3' → 5'

Данные рентгеноструктурного анализа, показали, что молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали составляет 2 нм, длина шага- 3,4 нм, в каждый виток входит 10 пар нуклеотидов. Чаще двойные спирали являются правозакрученными – β – форма.

Таким образом в структурной организации молекулы ДНК выделяют 3 структуры:

1. Первичная структура – полинуклеотидная цепь;

2. Вторичная структура – две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи, соединенными водородными связями;

3. Третичная структура – трехмерная спираль с приведенными выше пространственными характеристиками;

Общая длина всех 46 молекул ДНК ядра человеческой клетки составляет примерно 190 см, средняя длина одной молекулы – 4 см.

Функциональная роль цепей ДНК.

Две цепи молекулы ДНК в области гена отличаются по своей функциональной роли:

1. Одна из них является кодирующей, или смысловой;

2. Матричной.

В процессе транскрипции (считывания гена или синтеза пре-м-РНК) в качестве матрицы выступает одна матричная цепь.

А продукт транскрипции – пре-м РНК совпадет по последовательности нуклеотидов с кодирующей цепью ДНК (за исключением замены Тимина на урацил).

Т.о., с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей цепи ДНК.

Смысловая цепь 5' ТТА-АГТ-ЦЦТ 3'

Матричная цепь 3' ААТ-ТЦА-ГГА 5'

транскрипция ↓

Матричная РНК 5' УУА-АГУ-ЦЦУ 3'

транслокация ↓

Пептидная цепь сер-вал-глу

РНК, ее виды и функции

Наследственная информация, записанная с помощью генетического кода храниться в молекулах ДНК.

Посредником, который осуществляет перевод наследственной информации, хранимой в ДНК являются рибонуклеиновые кислоты – РНК.

РНК – представлены одной полинуклеотидной цепью, которая состоит из 4 разновидностей нуклеотидов, содержащих сахар-рибозу, фосфат и одно из четырех азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин и урацил.

РНК синтезируются на молекулах ДНК при помощи ферментов РНК – полимераз с соблюдением принципа комплементарности и антипараллельности, причем аденину ДНК в РНК комплементарен урацил. Все РНК в клетке делят на 3 основных вида:

Матричная или информационная РНК (мРНК, или иРНК)

Транскрипция – это процесс синтеза мРНК (на определенном участке ДНК), с определенной нуклеотидной последовательностью.

Транспортная РНК (тРНК). Трансляция

Важная роль принадлежит транспортной РНК (тРНК) – они доставляют необходимые аминокислоты к месту сборки пептидных цепей, т.е. выполняют роль трансляционного посредника.

Молекулы т-РНК – это полинуклеотидные цепи, синтезируемые на определенных последовательностях ДНК. Они состоят из небольшого числа нуклеотидов (75-95).

Т-РНК приобретает структуру, напоминающую лист клевера (это вторичная структура). На одной ветви находятся три нуклеотида – (антикодон), которые комплементарны кодону м-РНК, кодирующему аминокислоту, которая присоединяется к акцепторному концу. В цитоплазме встречаются около 40 видов различных молекул т-РНК. Этого достаточно, чтобы транспортировать 20 аминокислот к месту сборки белка.

Специфическое соединение т-РНК со своей аминокислотой приводит к образованию аминоацил т-РНК.

Специфичность соединения аминокислоты и т-РНК, несущей соответствующий антикадон, достигается блпагодаря ферменту аминоацил – т-РНК – синтетазы. В цитоплазме существует целый набор таких ферментов, которые способны узнавать свою аминокислоту и соответствующий ей антикодон т-РНК.

В итоге:

Наследственная информация, записанная в молекулах ДНК и переписанная на м-РНК, расшифровывается в ходе трансляции благодаря двум процессам:

1) Фермент аминоацил – т-РНК – синтетаза обеспечивает соединение т-РНК с аминокислотой.

2) Затем аминоацил – тРНК комплементано соединяется с м-РНК, благодаря взаимодействию антикодона с кодоном. С помощью системы т-РНК язык нуклеотидной цепи м-РНК транслируется в аминокислотнуюпоследовательность пептида

Рибосомная РНК (р-РНК)

Процесс трансляции информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот, осуществляется на рибосомах. Рибосомы – это сложный комплекс р-РНК и разнообразных белков.

Рибосомные РНК не только структурный компонент рибосом, но и обеспечивает их связывание с определенной нуклеотидной последовательностью м-РНК.

Литература:

Основная:

1. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Н. «Молекулярная биология». Учебное пособие для студентов медицинских вузов, Москва: Наука, 2003, 544с.

2. Фаллер Д.М., Шилдс Д. «Молекулярная биология клетки». Руководство для врачей. Пер. с англ. М.: БИНОМ – Пресс, 2003.-272с.

Дополнительная:

1. Уилсон Дж., Хант Т. «Молекулярная биология клетки». Сборник задач. Пер. с англ.- М., Мир, 1994.-520с.

2. Казымбет П.К., Мироедова Э.П. «Биология». Учебное пособие для студентов медицинских вузов.- Астана, 2006,2007.

 

Контрольные вопросы:

1.Особенности строения молекулы ДНК.

2.Особенности строения молекулы РНК.

3.Функции т-РНК.

4.Функции и-РНК.

5.Функции рибосомной РНК.

6.Функциональная роль цепей ДНК.

7.Роль РНК в передаче наследственной информации.

8.Какова роль транспортных РНК в процессе трансляции.