Краткая история открытия двойной спирали ДНК впервые выделил

Краткая история открытия двойной спирали ДНК впервые выделил из гноя в 1869 г. Иоганн Фридрих Мишер. 1889 Альтманом выделена чистая ДНК. На рубеже 40 -х годов Дж. Бидл (род. в 1903 г. ) и Э. Тейтум (1909— 1975) заложили основы биохимической генетики. Они показали, что мутации у хлебной плесени Neurospora crassa блокируют различные этапы клеточного метаболизма и высказали предположение о том, что гены контролируют биосинтез ферментов. Иоганн Фридрих Мишер

О. Эвери К. Мак-Леод М. Мак-Карти В 1944 г. американцы О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти доказали генетическую роль нуклеиновых кислот в экспериментах по трансформации признаков у микроорганизмов — пневмококков. Они идентифицировали природу трансформирующего агента как молекулы ДНК. Это открытие символизировало возникновение нового этапа в генетике — рождение молекулярной генетики, которая легла в основу целого ряда революционизирующих открытий в биологии XX века.

Эксперимент Эвери, Мак. Леода и Мк. Карти

«До Уотсон-Криковская» история В начале 50 -х годовx XX века профессор биохимии Колумбийского университета Эрвин Чаргафф определил состав ДНК с гораздо большей точностью по сравнению с предыдущими исследователями. Он обнаружил, что содержание 4 типов азотистых оснований не соответствует соотношению 1: 1: 1: 1, как предполагали ранее. Количество аденина всегда равно количеству тимина, а содержание гуанина - содержанию цитозина. Эта закономерность соотношения А -Т и Г – Ц получила название правило Чаргаффа Эрвин Чаргафф На основе правил Чаргаффа Уотсон и Крик постулировали «комплементарность» взаимодействия азотистых оснований в составе молекулы ДНК.

«До Уотсон-Криковская» история В 1950 году английский физик М. Уилкинс получил рентгенограмму ДНК. Рентгенограммы, полученные на высокоочищенной ДНК, позволили Розалинд Франклин увидеть четкий крестообразный рисунок – опознавательный знак двойной спирали. Розалинд Франклин умерла в 1958 г.

Приоритет в расшифровке структуры молекулы ДНК принадлежит американскому вирусологу Дж. Уотсону (род. в 1928 г. ) и английскому физику Ф. Крику (род. в 1916 г. ), опубликовавшим в 1953 г. структурную модель этого полимера.

1962 год – Нобелевская премия

Компоненты нуклеиновых кислот При полном гидролизе нуклеиновых кислот образуются: 1. азотистые основания (пурины и пиримидины); 2. остатки сахаров (рибозы – от РНК; дезоксирибозы – от ДНК); 3. фосфорная кислота. При неполном гидролизе НК образуются: 1. нуклеотиды; 2. нуклеозиды.

Мононуклеотиды Фосфат Пуриновые или пиримидиновые азотистые основания Пентоза

Азотистые основания Пиримидин Пурин

Пурины Аденин Гуанин

Пиримидины Цитозин Тимин Урацил

β-D-рибоза

Структура азотистых оснований и нуклеотидов

Фосфатные остатки Нуклеотиды – это нуклеозиды соединенные сахаро-фосфатной связью с остатком (остатками) фосфорной кислоты.

Рибонуклеотиды АМФ ГМФ УМФ СМФ

Дезоксирибонуклеотиды АМФ ГМФ ТМФ СМФ

Функции нуклеотидов • Энергетическая (АТФ). • Сигнальная (вторичные мессенджеры: ГТФ, ц. ГМФ, ЦАМФ). • Мономеры коферментов (НАД, НАДФ, ФАД, ко-энзим А, метионин-аденозин). • Мономеры нуклеиновых кислот (РНК, ДНК). • Активация при метаболизме липидов и моносахаридов (УТФ, СТФ). • Участие в дезактивации различных спиртов и фенолов (УДФ-глюкуроновая кислота).

Первичная структура нуклеиновых кислот • Азотистые основания прикреплены к сахарофосфатному остову. • В сахаро-фосфатном остове чередуются остатки мосахарида (пентозы) и фосфорной кислоты. • Остатки пентозы и сахаро-фосфатного остова соединяются фосфо-эфирной связью. • Молекула ассиметрична, есть 5’ и 3’ концы.

Различия РНК и ДНК РНК ДНК рибоза 2’-дезоксирибоза А, Г, У, Ц А, Г, Т, Ц Вторичная структура одноцепочечная молекула сложной вторичной структурой двухцепочечная спираль Функция транспортная каталитическая матрица для синтеза белка сохранение и передача генетической информации Пентоза Азотистые основания

Вторичная структура ДНК Две спиральные полинуклеотидные цепи закручены вокруг общей оси. Цепи направлены в противоположные стороны, то есть антипараллельны. Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи. Плоскости оснований перпендикулярны оси спирали. Плоскости остатков сахара расположены почти под прямым углом к основаниям. Диаметр спирали 20 А. Расстояние между соседними основаниями вдоль оси спирали 0, 34 нм, они повернуты относительно друга на 36°. Таким образом, на один виток спирали каждой из цепей приходится 10 нуклеотидов, что соответствует 3, 4 нм. Две цепи удерживаются вместе водородными связями между парами оснований. Аденин всегда спаривается с тимином, гуанин - с цитозином. На последовательность оснований в полинуклеотидной цепи не накладывается никаких ограничений. Определенная последовательность оснований несет конкретную генетическую информацию.

Полинуклеотиды Одно из упрощенных изображений структуры полинуклеотидной цепи:

ВАЖНО!!! конец

Нуклеиновые кислоты ? ?

Уотсон-Криковский тип спаривания

Модель В-формы ДНК

Структура различных форм ДНК

1. Две спиральные полинуклеотидные цепи закручены вокруг общей оси. Цепи направлены в противоположные стороны. 2. Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи. 3. Диаметр спирали 20 А. Расстояние между соседними основаниями вдоль оси спирали 3, 4 А, они повернуты относительно друга на 36°. Таким образом, на один виток спирали каждой из цепей приходится 10 нуклеотидов, что соответствует 34 А. 4. Две цепи удерживаются вместе водородными связями между парами оснований: А - Т, Г-Ц. 5. На последовательность оснований в полинуклеотидной цепи не накладывается никаких ограничений. Определенная последовательность оснований несет конкретную генетическую информацию.

Репликация ДНК

• Репликация - это основной генетический процесс, в ходе которого родительские молекулы ДНК удваиваются и затем распределяются между потомками.

Основной принцип репликации: • Удвоение ДНК происходит вследствие того, что цепи расходятся, а потом каждая цепь служит матрицей, на которой собирается комплементарная ей новая цепь ДНК. • В результате образуются две дочерние, двуспиральные, неотличимые по строению от родительской ДНК молекулы.

Правила репликации: 1. Репликация всегда осуществляется с исключение – искусственные системы (ПЦР). ORI;

Правила репликации: 2. Репликация полуконсервативна.

Правила репликации: Синтез ДНК всегда осуществляется в направлении 5’ – 3’. Это связано с тем фактом, что присоединение к 3’ – ОН энергетически более выгодно, а также с активностью коррекции присоединения нуклеотидов.

Правила репликации: Синтез ДНК у всех организмов и в искусственных системах требует затравки в отличие от синтеза РНК. Затравка может быть белковая (вирусы), РНК и ДНК.

Ферменты репликации Основным ферментом репликации является ДНК-полимераза, этот ДНК-полимераза фермент впервые был выделен в 1956 г. из Esherichia coli. ДНК-полимераза осуществляет полимеризацию нуклеотидов в цепь, комплементарную матричной. Субстратом являются тринуклеотиды. Коферментом двухвалентные ионы Zn, обеспечивающие правильную ориентацию 3’гидроксила альфа-фосфата и нуклеотида матрицы Для полимеризации необходимы ионы Mg, которые образуют комплекс с нуклеотид-трифосфатами и уже этот комплекс поступает в активный центр фермента. Энергия необходимая для катализа выделяется при расщеплении макроэргической связи между альфа и бета фосфатными группами.

Этапы полимеризации: Комплекс (Mg/дезоксирибонуклеотидтрифосфат) поступает в активный центр фермента и образует водородные связи с нуклеотидом матрицы. Если нуклеотиды комплементарны, то образуется комплекс, в котором нуклеотид матрицы, 3’ концевой нуклеотид нарастающей цепи и новый нуклеотидтрифосфат образуют комплекс с правильной ориентацией всех молекул. После образования комплекса происходит нуклеофильная атака кислородом 3’ концевого гидроксила, 5’-концевого альфа-фосфата, следующего нуклеотида; в результате образуется фосфоэфирная связь и выщепляется пирофосфат. После присоединения нового нуклеотида происходит второй этап коррекции полимеризации; если новоприсоединенный нуклеотид не комплементарен, то следующий не поступает в активный центр фермента и ДНК полимераза своей 3’-5’ нуклеазной активностью отщепляет неправильный нуклеотид. Далее цикл повторяется.

Начало репликации Геликаза Репликационная вилка