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.
