ЛЕКЦИЯ 2 Структура нуклеиновых кислот ДНК Первичная

ЛЕКЦИЯ 2. Структура нуклеиновых кислот (ДНК)

Первичная структура нуклеиновых кислот Нуклеотид

Нуклеотид

Гетероциклические основания Пентоза (5 углеродов)

Структурные формулы минорных пуриновых и пиримидиновых оснований ДНК РНК

Гетероциклические основания – плоская конформация Пентоза (5 углеродов) – плоская конформация энергетически невыгодна

Две конформации углеводных остатков S N

Анти- и син-конформации в нуклеотидах anti syn

Структура молекулы ДНК Предпосылки: - - ДНК – полимер, состоящий из нуклеотидов, соединенных 3’-5’- фосфодиэфирной связью. Состав нуклеотидов подчиняется правилам Чаргаффа: A+G=T+C, A=T, C=G. Имеются водородные связи, наблюдается денатурацияренатурация. Рентгенограмма (М. Уилкинсон, Р. Франклин) – спиральная структура, более одной нити.

Модель Уотсона и Крика ( 1953 г. ) – двойная спираль ДНК - правовинтовая спираль; - двунитевая; - нити имеют антипараллельную ориентацию; - комплементарность оснований; - основания связаны водородными связями (Pr-Pu); - гидрофильные пентозофосфатные остовы цепей расположены на внешней стороне двойной спирали; Дж. Уотсон род. в 1928 г. Ф. Крик 1916 -2004

1953 г. – James Watson, Francis Crick предложили модель структуры ДНК. 1962 г. – получили Нобелевскую премию за трехмерную структуру ДНК. Модель трехмерной структуры ДНК: 1. Молекула состоит из 2 нитей. 2. Нити образуют спираль. 3. Нити антипараллельны (5’-3’ и 3’-5’). 4. Сахаро-фосфатный остов, остатки оснований располагаются между нитями, фосфаты придают молекуле ДНК отрицательный заряд. 5. Пиримидин связывается только с пурином. Молекула имеет постоянную ширину 2 нм. 6. Спираль имеет желобки, позволяющие специфически связываться с белками. 7. Нити комплементарны – А-Т, G-C.

1 нм=10Å

Взаимодействие между основаниями - Комплементарные пары: А-Т – две водородные связи С-Г – три водородные связи - Стэкинг (внутри одной нити) (staking - укладываться в стопку) ван-дер-ваальсовы силы водородные связи N-гликозидная связь фосфодиэфирная связь

Конформационные состояния ДНК А (C 3’-эндо-) и В (C 2’-эндо-) формы, правая спираль Z форма

Характеристика некоторых конформационных состояний ДНК

B- и Z-формы Переход В в Z разрушает нуклеосомную структуру.

Функциональная роль различных форм ДНК А – шпильки он. РНК, ДНК в спорах бактерий (споровые белки превращают В в А, повышается в 10 раз УФ-резистентность), гибриды ДНК-РНК (ДНК и РНК в C 3’-эндо, переход ДНК из В, т. е. в передаче информации (транскрипция - затравки, репликация -праймеры). Одноцепочечный и двуцепочечный стэкинг. В – обычная нуклеосомная форма (репликация), т. е. в умножении информации. Одноцепочечный стэкинг. С – надмолекулярная структура хроматина, т. е. при хранении информации. Д – фаговая ДНК. Z – poly(d. G-d. C), высокая концентрация солей. Стэкинг только между С, С 3’ C 2’ син анти отсутствует большой желобок, регуляторная роль, например в транскрипции, обеспечивает сверхспирализацию в междисковых областях политенных хромосом. Левая спираль. Стэкинг между остатками цитозина противоположных цепей.

Формы ДНК • Линейная • Кольцевая: - релаксированная - сверхспирализованная 1 - линейная одноцепочечная ДНК - бактериофаг φХ 174 и другие вирусы; 2 - кольцевая одноцепочечная ДНК вирусов и митохондрий; 3 - кольцевая двойная спираль ДНК.

Основные повреждения ДНК • • повреждения одиночных нуклеотидов; повреждения пары нуклеотидов; разрыв одной или двух цепей ДНК; образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК.

Повреждения нуклеотидов I - дезаминирование II - апуринизация III – метилирование (алкилирование) IV - размыкание кольца V – окисление (8 -oxo-G - A» GC→AT C→ 5 -OH-U-C; 5 -OH-C-A C→G C→T) VI - образование тиминовых димеров

Основополагающие открытия • • • • 1869 – Ф. Мишер (F. Misher) впервые выделил ДНК из лейкоцитов и молок лосося. 1935 – А. Н. Белозерский выделил ДНК из растений. 1940 – У. Эстбюри (W. Astbury) получил первую рентгенограмму ДНК. 1944 – О. Т. Эвери (O. T. Avery) установил, что ДНК (а не белок, как полагали ранее) является носителем генетической информации. 1953 – Дж. Уотсон и Ф. Крик (J. Watson, F. Crick) создали модель двойной спирали ДНК на основе рентгенограмм, полученных Р. Франклин и М. Уилкинсом (R. Franklin, M. Wilkins). 1966 - М. Ниренберг, С. Очоа и Х. -Г. Корана (M. Nirenberg, S. Ochoa, H. -G. Khorana) расшифровали генетический код. 1975 -1977 – Ф. Сангер (F. Sanger), а также А. Максам и У. Гилберт (A. Maxam, W. Gilbert) разработали методы быстрого определения первичной структуры ДНК. 1976 – Ф. Сангер (F. Sanger) расшифровал нуклеотидную последовательность ДНК фага φХ 174. 1976 – У. Гилберт (W. Gilbert) открыл мозаичное строение генов эукариот. 1982 – созданы банки нуклеотидных последовательностей: Gen Bank (USA) и EMBL (Европа). 1996 – был секвенирован первый бактериальный геном. 1997 – секвенирован геном дрожжей Saccharomyces cerevisiae. 2000 – секвенирован геном человека.