Структура нуклеиновых кислот

 

I структура - это последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи, содержащей различные азотистые основания. Связь между которыми сложноэфирная 3-5`.

 

Последовательность нуклеотидов закодирована генетически, в значительной степени определяет следующие уровни организации. Нуклеотидный состав ДНК в настоящее время изучен на большом количестве материала из различных источников. Первые исследования такого рода были выполнены Чаргаффом и соавт. (1950-53 гг.).

Некоторые обобщения сформулированы следующим образом:

 

1. Нуклеотидный состав ДНК является характеристикой данного организма (т.е. данного биологического вида)

2. В различных клетках и тканях одного и того же организма ДНК имеет идентичный или по крайней мере близкий нуклеотидный состав (на него не оказывает влияния возраст, стадия развития, питание и т.п.)

3. У близкородственных организмов близок и нуклеотидный состав

4. Химический состав всех "норм" типов ДНК обнаруживает определенные закономерности, выраженными правилами Чаргаффа, а именно: А = Т, Ц = Г, т.е. А + Г = Ц + Т (содержание пуринов = содержанию пиримидинов); А + Ц = Г + Т = 1

5. Относительное содержание различных оснований в ДНК колеблется у различных организмов в широких пределах (от 25 до 75 %). Показателем изменчивости служит отношение А+Т, которое не Г+Ц равно 1, чем больше соотношение не равно 1, тем дальнеродственнее являются виды. У животных и растений данное соотношение >1, у микроорганизмов и грибов < 1. В РНК строгих закономерностей нет.

 

На основании этих обобщений и рентгеноструктурных данных Уилкиса Уотсон и Крик в 1953 г. предложили модель структуры ДНК, которая дала возможность объяснить ряд важных биологических явлений в точных терминах химической структуры (все три ученых в 1962 г. удостоены Нобелевской премии).

Это II структура ДНК - 2-х цепочная правозакрученная спираль, образованная антипараллельными полинуклеотидными цепями. Азотистые основания расположены внутри спирали, образуя комплементарные пары А-Т, Г-Ц (следовательно нулеотидная последовательность одной цепи определяет нуклеотидную последовательность другой цепи). На 1 виток спирали приходится 10 пар оснований, фосфоэфирные связи состовляют ось спирали, обращены наружу и сильно полярные группы взаимодействуют с компонентами водной среды.

Связи закрепляющие вторичную структуру: водородные, гидрофобное взаимодействие.

II структура РНК - одинарная цепь??????, в точке перегибов сближение, взаимодействие комплементарных оснований (внутрицепочное взаимодействие), спирализация не на всем протяжении. У в-РНК - 2-х цепочная вторичная структура - отсюда функция как и у ДНК. В связи с особой вторичной структурой, РНК более лабильное соединение менее жесткое.

III структура нуклеиновых кислот - это пространственная упаковка полинуклеотидных цепей.

ДНК - расчетная величина длиннее опытной величины в 8-10 раз, это говорит о наличии какой-то укладки. У простейших и м-ДНК - в виде восьмерки.

У высших животных - более сложная упаковка. РНК - может быть как беспорядочно расположенная структура, так и очень упорядоченная.

IV структура - образование функциональной единой молекулы, взаимодействие ДНК или РНК с белковыми компонентами - нуклеопротеид (НП).

Ядерная ДНК клеток растений и животных соединена с основными белками гистонами (в большинстве своем), комплекс ДНК с гистонами называется хроматином. В хромосомах кроме этого содержится набольшое количество кислых белков (негистонового ряда).

Сцществует 5 основных классов гистонов в эквимолекулярном количестве (некоторые делятся на подклассы). Одни и теже классы гистонов найдены во всех изученных классах клетках животных и растений. Все гистоны низкомолекулярные белки с ММ равной 12-20 тыс. и содержат ~ 25 % АРГ и ЛИЗ (не содержат ТРИ, почти не содержат ЦИС, не образует дисульфидных мостиков) много ГЛИ - отсюда деление на классы: Н1 (>>лиз), Н2В (>лиз), Н2А (>лиз,арг), Н3 (>арг, есть цис), Н4 (> арг,гли). Гистоны одного и того же типа, полученные из различных животных и растений имеют очень сходные аминокислотные последовательности, такой консерватизм в эволюции по-видимому отражает необходимость сохранения последовательности, обеспечивающей существо и специфику функции.

Кроме взаимодействия с ДНК гистоны взаимодействуют друг с другом, например выделяют тетрамер состоящий из 2-х Н-3 2-х Н-4, выделяют димеры (Н-2А + Н-2В). Современная модель хроматина предполагает, что один тетрамер и 2 димера взаимодействуют с 200 парами оснований ДНК, что составляет участок ~ 70 нм, при этом образуется сферическая структура a= 11 нм,???????, что хроматин представляет собой подвижную цепь, составленная из таких единиц (нуклеосом, электронное микроскопирование, дифракция R-лучей, расщепление ДНК-азой подтверждают это). Негистоновые белки?????? разнообразны по подбору аминокислот и своцствам (кислые, нейтральные, слабощелочные).

 

ФУНКЦИЯ БЕЛКОВЫХ КОМПОНЕНТОВ: гистоны -

а) участвуют в упаковке ДНК

б) регуляция генетической активности ДНК - репрессия активности генов (препятствие для транскрипции, репрессия навсегда). Негистоновые белки - регуляция активности генетической,????????? возможность снятия информации в виде м-РНК, для каждого гена - свой негистоновый белок (отсюда разнообразие негистоновых белков).

Химическое строение ДНК может изменяться - проявляется это в виде мутаций (изменение строения гена).

Точковые мутации можно разбиить на 4 класса, различающиеся по характеру изменений в ДНК, вызывают мутагенные агенты (радиоактивное излучение, ультрафиолетовое излучение, R-излучение, химические соединения, лекарственные вещества, пищевые агенты (кофеин и др.).

Млекопитающие - 1012-1013 клеток??????? однородны (частота мутаций 1 на 106 делений, в каждый момент образуется до 10 млн. мутантных клеток - иммунологический надзор за внутренним постоянством организма - главная функция иммунной системы.

Обычно???????????? и????????? - мягкие мутации не приводят к летальному исходу (замена одной аминокислоты на другую), вставка и делеция обычно приводят к серьезным изменениям аминокислотной последовательности за местом мутации, поэтому обычно летальны.