Нуклеиновые кислоты. Строение и функции. ЛЕКЦИЯ 4.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА – Ф.И.Мишер: нуклеин 1888 – Р.Альтман: «нуклеиновая кислота» Рубеж XIX-XX вв. - А.Коссель: азотистые основания, сахар, остатки фосфорной кислоты П.Левен и У. Джонсон: пентоза. ДНК и РНК. Нуклеотид – благодаря новому методу окрашивания Р.Фельгена: ДНК в ядре, РНК в цитоплазме К 1930 : нуклеиновые кислоты – полимеры, фосфодиэфирные связи между сахарами Э.Чаргафф: закономерности структуры ДНК 1953 – Ф.Крик, Дж.Уотсон: вторичная структура ДНК (1962 г. – Нобелевская премия, совместно с М.Уилкинсом). Р. Франклин.

Розалинд Франклин ( )

ФУНКЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ хранение наследственной информации центральная догма молекулярной биологии «ген- признак» ( Дж. Бидл и Э. Татум, Ф.Крик) реализация генетической информации (синтез белка) передача наследственной информации

НУКЛЕОТИДЫ – МОНОМЕРЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Нуклеозидфосфаты Фосфорные эфиры нуклеозидов; состоят из азотистого основания углевода (пентозы) одного или нескольких остатков (до 3) фосфорной кислоты

Первичная структура нуклеиновой кислоты (3-5-фосфо- диэфирная связь)

Соединения из одного, двух, трех, нескольких или многих остатков нуклеотидов называются соответственно моно-, ди-, три-, олиго- или полинуклеотидами

ДНК способность к рекомбинации, репарации и репликации полимер, мономер – дезоксирибонуклеотид дезоксирибоза А, G, T, C характеристики первичной структуры: количество нуклеотидов типы нуклеотидов порядок нуклеотидов возможно метилирование нуклеотидов размеры от нескольких тысяч до нескольких миллионов пар оснований

ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК двойная спираль цепи антипараллельны цепи комплементарны (А-Т и G-С – «канонические пары») связи: водородные, гидрофобные (в том числе стэкинг- взаимодействия) Правила Э.Чаргаффа: А=Т, С=G А+G=С+Т А+ТG+С (согласно А.Н.Белозерскому, соотношение пар является характеристикой вида организмов)

3,4 нм

ХАРАКТЕРИСТИКА ФОРМ СПИРАЛЕЙ ДНК Форма спирали Форма спиралиХарактеристикаАВСZ Направление спирали правоеправоеправоелевое Высота витка 2,46 нм 3,4 нм 2,79 нм 4,56 нм Число пар оснований в одном витке 10,7 10 (10,4) 9,312 Расстояние между соседними парами 0,23 нм 0,34 нм 0,3 нм 0,38 нм Диаметр спирали 2,3 нм 2 нм 1,9 нм 1,8 нм Угол между соседними парами оснований +33,6° +36° +38,6° -30° Угол наклона оснований к оси спирали +19° -1,2° -6° -9° Другие формы двойных спиралей: D, E, P

ФОРМЫ ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ

нагляднее всего реализуется у кольцевых молекул ДНК. Сверхспирализация образование комплексов ДНК с белками, прежде всего с гистонами (хроматин). При этом реализуется несколько уровней суперспирализации Третичная структура ДНК Четвертичная структура ДНК

ДЕНАТУРАЦИЯ (ПЛАВЛЕНИЕ) ДНК разрушение вторичной структуры ДНК (молекула переходит от спиральной формы к клубку) причины денатурации: повышение температуры изменение рН изменение ионного состава среды и т.д. температура плавления – t, при которой денатурирует половина ДНК (у млекопитающих C )

вследствие денатурации возрастает поглощение раствором ДНК у/ф лучей (260 нм) до 40% ренатурация ДНК (отжиг, реассоциация). Процесс открыт в 1960г. ДЕНАТУРАЦИЯ (ПЛАВЛЕНИЕ) ДНК

РНК полимер, мономер –рибонуклеотид рибоза А, G, U, C наличие минорных азотистых оснований характеристики первичной структуры: количество нуклеотидов типы нуклеотидов порядок нуклеотидов разнообразие форм РНК в клетке непостоянное количество РНК в клетке вторичная структура – спираль, возможно образование «шпилек»

Р РНК составляет 80-85% размеры до 5000 н. прокариоты: 5S, 16S, 23S эукариоты: 5S, 5,8S, 18S, 28S функция – структурная особая роль 16S и 18S

И(М) РНК до 5% короткоживущие информосомы (А.С.Спирин) функция – перенос информации

Т РНК составляет 10-15% размеры (100) н. 40 типов в клетке содержит минорные азотистые основания 3 – ACC, 5 – G функция – адапторная молекула

мяРНК (snRNA) (300) н. факторы U, более 10 типов мяРНК + белок мяРНП (рибозим) – фактор процессинга первичных транскриптов только у эукариот микроРНК (miRNA), в т.ч. si (short interfering) RNA двунитевые РНК до 28 п.н. (у млекопитающих п.н.) функция – регуляция экспрессии генов, РНК- интерференция (2002, 2006 – Нобелевская премия, К.Мелло и Э.Файр)

Праймеры н. у прокариот, н. у эукариот - олигонуклеотиды синтезируются во время репликации ДНК, затравки Вирусная РНК однонитевая и двунитевая вирусный генетический материал проРНК

хistРНК образуется на гене Х-хромосомы служит основой для образования тельца Барра