Біохімія нуклеїнових кислот Будова нуклеотидів

Біохімія нуклеїнових кислот § § § Будова нуклеотидів Структура ДНК і РНК Основи молекулярної біології

§ Нуклеїнові кислоти – полімерні азотовмісні сполуки, мономерами, яких є нуклеотиди. § Існує два види нуклеїнових кислот: ДНК та РНК. § Функції нуклеїнових кислот: передача, відтворення, збереження та реалізація спадкової інформації, а також структурна – входять до складу рибосом

§ Мономером НК є нуклеотид, структура, що складається з трьох компонентів: § Азотистих основ (пуринів та піримідинів) § Моносахаридів пентоз (рибози та дезокирибози) § Залишку ортофосфатної кислоти Н 3 РО 4

§ Вперше хімічна структура НК була розшифрована Ф. Мішером § Частину нуклеотиду без залишку фосфатної кислоти називають нуклеозидом

Азотисті основи НК

Будова нуклеозиду

Структура нуклеозиду

Назви нуклеозидів § § § Аденін (А) – аденозин Гуанін (Г) – гуанозин Цитозин (Ц) – цитидин Тимін (Т) – тимідин Урацил (У) - уридин

Відмінності між ДНК і РНК

Структура НК § Первинна структура – полінуклеотидний ланцюг, у якому нуклеотиди зв'язані між собою за допомогою пентози та фосфатної кислоти, ланцюг має напрям: 3 - 5 § Вторинна структура ДНК – двохланцюгова спіраль, ланцюги є протилежнонаправлені

Вторинна структура ДНК

§ Ланцюги зв'язані за принципом комплементарності (доповнення, відповідності) § Існують такі комплементарні пари: § А–Т Г–Ц § Між аденіном та тиміном – 2 водневих зв'язки, між цитозином та гуаніном – 3 водневих зв'язки

Принцип комплементарності

Відкриття структури ДНК

Структура РНК § Існують такі види РНК: § Матрична або інформаційна (і-РНК або м-РНК) -переносить інформацію від ДНК до рибосом, на ній здійснюється біосинтез білка. § Транспортна РНК (т. РНК) – переносить амінокислоти до рибосом § Рибосомальна РНК (р-РНК) – входить до рибосом

Структура РНК

т-РНК (модель Хіла)

Вторинна структура т -РНК

Структура т-РНК § т – РНК має вторинну структуру, складається з трьох петель, до одного з її кінців (3 – кінець) приєднується амінокислота, кожну амінокислоту переносить окрема т-РНК, на центральній петлі кожної т-РНК є послідовність з трьох нуклеотидів – антикодон, який характерний для даного виду т-РНК

Редуплікація ДНК § Основна функція ДНК – збереження, передача та відтворення спадкової інформації, оскільки клітини постійно діляться, то ДНК повинна самовідтворюватись. § Процес подвоєння спіралі ДНК називають реплікацією або редуплікацією

§ Реплікація відбувається у період інтерфази. ДНК, що утворює хроматин ядра розплітається на два ланцюги, утворюючи так звану реплікуючу вилку – реплікон. § Ланцюги ДНК реплікуються по різному: § Лідируючий ланцюг 5 – 3 реплікується послідовно і швидко

§ Відстаючий ланцюг ( 3 – 5) реплікується окремими фрагментами – фрагменти Оказакі, які потім з'єднуються між собою ферментами – лігазами. § Реплікація відбувається напівконсервативним методом: дочірня молекула ДНК містить один материнський ланцюг і другий новосинтезований

Схема реплікації ДНК

Схема напівконсервативної реплікації

Транскрипція § У ДНК записана інформація про первинну структуру білків, кожен ген містить інформацію про послідовність амінокислот в 1 поліпептиді § 1 ген = 1 поліпептид § Складні білки що складаються з різних субодиниць закодовані декількома генами

Транскрипція ДНК § Для реалізації генетичної інформації (біосинтез білків) необхідно, щоб генетична інформація з ядра потрапила у цитоплазму, тому інформація копіюється з ДНК на і-РНК. § Процес переписування генетичної інформації з ДНК на і-РНК називають транскрипцією

Реплікація ДНК

Транскрипція

Дозрівання і-РНК § ДНК містить інформацію не лише про структуру білків, а і ділянки, що регулюють транскрипцію. § Ділянки ДНК, що містять регуляторні гени і не кодують інформацію про структуру білка називають інтрони, ділянки ДНК, що кодують структуру білків називають змістовними або екзонами

Процесінг § При транскрипції копіюються як екзони так і інтрони, однак перед виходом і-РНК з ядра вона проходить етап дозрівання – процесінг, який включає вирізання інтронів – сплайсінг, окрім того з одного боку до і- РНК приєднується декілька метильних груп (СН 3 -) так звана метильна “шапочка” – кепінг-ефект, з іншого – послідовність з аденінових нуклеотидів (poly A)

Транскрипція

Процессінг і-РНК

Будова гену (ділянка ДНК)

Генетичний код

Трансляція – біосинтез білка § і-РНК, що пройшла стадію процесінгу, виходить з ядра, потрапляє у цитоплазму, де служить матрицею для біосинтезу білка § Трансляція – процес перекладу генетичної інформації з мови нуклеотидів (і-РНК) на мову амінокислот, тобто біосинтез білка

§ Перед трансляцією у цитоплазмі відбувається процес активації амінокислот – приєднання амінокислот до т-РНК (кожна амінокислота з'єднується лише із своєю т-РНК) утворюється аміноацил-т-РНК, для даної реакції необхідна АТФ

§ § § Трансляція включає три етапи: - Ініціація трансляції - Елонгація трансляції - Термінація трансляції Ініціація - приєднання і-РНК до рибосом (одночасно приєднується 4 і більше рибосом) для ініціації необхідні ініціюючі фактори (IF) та іони Магнію, і-РНК приєднується до рибосоми ініціюючим кодоном (AUG – кодує метіонін)

§ Елонгація трансляції – утворення поліпептидного ланцюга, тобто поступове подовження ланцюга. § У великій субодиниці рибосоми є два центри – аміноацильний та пептизаційний. В аміноацильному центрі закріплюється 1 т-РНК з амінокислотою, першою є завжди метіонін, яка закодована ініціюючим кодоном AUG, т-РНК, що транспортує метіонін має антикодон UAC

§ Антикодон, що розташований на т-РНК комплементарний коду амінокислоти, наприклад, амінокислота лізин закодована у і-РНК кодом ААА, а т-РНК, що її переносить на центральній петлі має антикодон UUU, це дає можливість прикріпитись т-РНК, у пептизаційному центрі прикріплюється 2 -га амінокислота з т-РНК, після цього 1 -ша АК від'єднується від т-РНК і зв'язується з другою АК у пеептизаційному центрі

§ Утворюється дипептид. Рибосома пересувається на один триплет вздовж іРНК, у аміноацильний центр приєднується 3 -та амінокислота з т-РНК, потім вона відщеплюється від т-РНК, приєднується до дипептиду, утворюється трипептид, рибосома знову рухається на один триплет і т. д § Термінація – припинення біосинтезу білка, настає, якщо рибосома проходить

§ через термінуючі кодони: UAA, UAG, UGA. § Біосинтез білка припиняється

Трансляція – біосинтез білка

Біосинтез білка

Транскрипція - трансляція

Обмін нуклеїнових кислот § Нуклеїнові кислоти у ШКТ розщеплюються під дією ферментів рестриктаз до нуклеотидів потім до складових, які всмоктуються у кров. § Нові нуклеотиди синтезуються: спочатку фосфорилюється за участю АТФ рибоза чи дезоксирибоза, потім синтезується азотиста основа.

§ Для синтезу азотистих основ необхідні такі речовини: амінокислоти – гліцин, аспарагінова кислота, глутамін § Мурашина кислота § СО 2

Розщеплення азотистих основ § Найважче метаболізуються азотисті основи, які розщеплюються у ссавців за такою схемою: § Пурини – гіпоксантин – сечова кислота – алантоїн –сечовина, § У птахів розщеплення зупиняється на стадії сечової кислоти

§ Деколи у тварин порушується вказаний процес на стадії розщеплення сечової кислоти, це виникає за відсутності ферменту урокінази, що розщеплює сечову кислоту до алантоїну. У результаті сечова кислота у вигляді солей з Са (урати), які малорозчинні, відкладається у суглобах, виникає запалення, видозміни суглобів – розвивається подагра , паралельно урати відкладаються у нирках

Подагра – відкладання уратів

Паталогічні зміни при подагрі

Подагра у птахів

Дякую за увагу !