Уровни организации молекулы ДНК

Тема 6.

Нуклеиновые кислоты. Строение и функции. АТФ

 

 

Основные вопросы теории

 

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus – ядро) – азотфосфорсодержащие органические соединения, гетерополимеры, обеспечивающие хранение и реализацию наследственной информации. Нуклеиновые кислоты открыл Ф. Мишер в 1868 г. (лейкоциты, сперматозоиды). Они могут находиться в ядре, цитоплазме, митохондриях, пластидах.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономер – нуклеотид.

 

 

Азотистые основания

↓	↓
пурины	пиримидины
2 кольца	1 кольцо
А (аденин)	Ц (цитозин)
Г (гуанин)	Т (тимин)
У (урацил)

азотистое основание + пентоза = нуклеозид

 

ДНК

ДНК – двойная спираль пар комплементарных, антипараллельных, полинуклеотидных цепей.

Мономер – дезоксирибонуклеотид: фосфат, дезоксирибоза, азотистые основания: А, Т, Ц, Г.

 

Уровни организации молекулы ДНК

1. Первичная структура – полинуклеотидная цепь (10⁹ нуклеотидов): 3,5-фосфодиэфирная связь (между С₃-атомом одной молекулы дезоксирибозы и С₅-атомом следующей).

 

 

(Видеофрагмент «Строение молекулы ДНК».)

2. Вторичная структура – двойная спираль. Две полинуклеотидные цепи удерживаются посредством водородных связей между азотистыми основаниями параллельных цепей. Для постоянства шага спирали каждая пара включает одно пуриновое и одно пиримидиновое основание (2+1=3 кольца), причем между А и Т – 2 водородные связи, между Ц и Г – 3 водородные связи.

 

Цепи антипараллельны, т.к. одна образуется в направлении от 5^’→3^’, а другая от 3^’→5^’ (А. Тодд, 1950 г.).

Цепи комплементарны из-за спаривания оснований: А=Т; Ц≡Г. Последовательность оснований одной цепи автоматически определяет последовательность оснований другой цепи.

(Видеофрагмент «Принцип комплементарности».)

Правило Э. Чаргаффа (1951 г.): сумма пуриновых оснований (А, Г) в ДНК всегда равна сумме пиримидиновых (Ц, Т). Количество А равно количеству Т, а количество Г равно количеству Ц.

В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру ДНК. Шаг спирали – 3,4 нм, между нуклеотидами – 0,34 нм, в каждом шаге – 10 нуклеотидов, диаметр спирали – 2 нм.

3. Третичная структура ДНК – нуклеопротеиды – соединение ДНК с белками.

При соединении ДНК с белками-гистонами степень спирализации молекулы ДНК повышается – возникает суперспираль ДНК, толщина которой возрастает, а длина сокращается. Выделяют 4 уровня компактизации ДНК:

1. Нуклеосомный (двойная спираль ДНК + 8 гистонов).

2. Нуклеомерный (спираль из нуклеосомной нити (6–8 нуклеосом в глобулу с образованием фибриллы – соленоид).

3. Хромомерный (петли фибрилл объединены скрепками из негистоновых белков).

4. Хромонемный (петли в стопки – хроматин, при суперспирализации – хроматиды).

 

При изменении условий ДНК, подобно белкам, может подвергаться денатурации, называемой плавлением. При возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует (репарация).

 

Репликация (редупликация) – самоудвоение ДНК

С помощью фермента геликазы спираль ДНК раскручивается из-за разрыва водородных связей. На каждой из цепей по принципу комплементарности синтезируется новая цепь ДНК из свободных нуклеотидов ядра. Это осуществляет фермент ДНК-полимераза, который движется в направлении 5^’→3^’. Поскольку цепи антипараллельны, ДНК-полимераза непрерывно строит лишь одну новую цепь. Другая строится короткими участками, которые потом сшивает фермент ДНК-лигаза.

(Видеофрагмент «Репликация ДНК».)

Функции ДНК

Хранение, передача, воспроизведение генетической информации в ряду поколений. ДНК содержит информацию о первичной структуре белка.

 

 

РНК

РНК – биополимер, мономер – рибонуклеотид: фосфат, рибоза, азотистые основания (А, У, Г, Ц); меньше М и размеры (70–4500 нуклеотидов).

По структуре РНК

↓	↓
одноцепочные	двуцепочные
перенос информации о структуре белков, участие в синтезе белков	хранители генетической информации у ретровирусов
ядрышко, рибосомы, цитоплазма, митохондрии, хлоропласты

Виды РНК

1. иРНК (мРНК): 3-5% РНК клетки. Перенос из ядра к рибосомам генетической информации о последовательности аминокислот в белке. 75-3000 нуклеотидов.

2. рРНК: 80-90% РНК клетки. Составляет в комплексе с белками рибосому. Участие в синтезе белка. Кодируется особыми генами ядрышкового организатора. 150-4500 нуклеотидов.

3. тРНК: 10-15% РНК клетки. Доставляет аминокислоты к месту синтеза белка и осуществляет точную ориентацию аминокислоты на рибосоме. 70-100 нуклеотидов.

(Видеофрагмент Строение тРНК.)

4. рибозим РНК-фермент катализирует собственную подготовку к трансляции.

АТФ

АТФ –органическое соединение – нуклеотид: аденозин (аденин+рибоза) + остатки фосфорной кислоты (Ф), соединенные макроэргической связью (~)

 

АТФ образуется в процессе клеточного дыхания в митохондриях (окислительное фосфорилирование) и в процессе фотосинтеза в хлоропластах (фотофосфорилирование).

АТФ – вещество-макроэрг, т.к. два концевых остатка фосфорной кислоты в АТФ связаны между собой макроэргической связью.

При гидролитическом отщеплении одной фосфатной группы выделяется 30,6 кДж.

 

аденозин-Ф~Ф~Ф +Н2О	→	аденозин-Ф~Ф + Ф + 30,6 кДж
АТФ		АДФ

При последующем отщеплении фосфатной группы выделяется 30,6 кДж.

 

аденозин-Ф~Ф +Н2О	→	аденозин-Ф +Ф + 30,6 кДж
АДФ		АМФ

 

При отщеплении последней фосфатной группы выделяется 13,8 кДж.

 

аденозин-Ф + Н2О	→	Аденозин + Ф + 13,8 кДж
АМФ

 

Функции: АТФ – универсальный носитель энергии клетки.