Лекция 4 Нуклеиновые кислоты Строение и функции

Лекция 4. Нуклеиновые кислоты. Строение и функции.

Историческая справка n n n n 1868 -1870 – Ф. И. Мишер: нуклеин 1888 – Р. Альтман: «нуклеиновая кислота» Рубеж XIX-XX вв. - А. Коссель: азотистые основания, сахар, остатки фосфорной кислоты 1912 - П. Левен и У. Джонсон: Пентоза. ДНК и РНК. Нуклеотид. 1924 – благодаря новому методу окрашивания Р. Фельгена: ДНК в ядре, РНК в цитоплазме К 1930 : нуклеиновые кислоты – полимеры, фосфодиэфирные связи между сахарами 1949 -1951 - Э. Чаргафф: закономерности структуры ДНК 1953 – Ф. Крик, Дж. Уотсон: вторичная структура ДНК (1962 г. – Нобелевская премия, совместно с М. Уилкинсом)

Функции нуклеиновых кислот n n n хранение наследственной информации центральная догма молекулярной биологии «ген-признак» (1941 - Дж. Бидл и Э. Татум, 1956 - 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’-фосфодиэфирная связь)

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

ДНК n n n ь ь ь n n 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 пар оснований до нескольких миллионов

Вторичная структура ДНК n n n 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+Т≠G+С (согласно А. Н. Белозерскому, соотношение пар является характеристикой вида организмов)

3, 4 нм

Характеристика форм спиралей ДНК Форма спирали Характеристика А В С Z Направление спирали правое левое Высота витка 2, 46 нм 3, 4 нм 2, 79 нм 4, 56 нм 10, 7 10 9, 3 12 0, 23 нм 0, 34 нм 0, 38 нм Диаметр спирали 2, 3 нм 2 нм 1, 9 нм 1, 8 нм Угол между соседними парами оснований +33, 6° +38, 6° -30° +19° -1, 2° -6° -9° Число пар оснований в одном витке Расстояние между соседними парами Угол наклона оснований к оси спирали

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

Денатурация (плавление) ДНК n n разрушение вторичной структуры ДНК (молекула переходит от спиральной формы к клубку) причины денатурации: ь повышение температуры ь изменение р. Н ь изменение ионного состава среды и т. д. n температура плавления – t, при которой денатурирует половина ДНК (у млекопитающих 85 -90○C)

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

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

р. РНК n n n составляет 80 -85% размеры до 5000 н. прокариоты: 5 S, 16 S, 23 S эукариоты: 5 S, 5, 8 S, 18 S, 28 S функция - структурная

и(м)РНК n n до 5% короткоживущие информосомы (А. С. Спирин) функция – перенос информации

т. РНК n n n составляет 10 -15% размеры 70 -100 н. ≈ 40 типов в клетке содержит минорные азотистые основания 3’ – ACC, 5’ – G функция – адапторная молекула

т. РНК. Вторичная структура т. РНК. Третичная структура L-структура

мя. РНК n n ≈ 65 -215 (300) н. факторы U, более 10 типов мя. РНК + белок мя. РНП (рибозим) – фактор процессинга первичных транскриптов только у эукариот микро. РНК (mi. RNA), в т. ч si(short interfering)RNA n n n двунитевые РНК до 28 п. н. (у млекопитающих 21 -23 п. н. ) функция – регуляция экспрессии генов, РНКинтерференция (2002, 2006 – Нобелевская премия, К. Мелло и Э. Файр)

Праймеры n n 15 -20 н у прокариот, 10 -15 н. у эукариот олигонуклеотиды синтезируются во время репликации ДНК, затравки Вирусная РНК n n однонитевая и двунитевая вирусный генетический материал Xist. РНК n n образуется на гене Х-хромосомы служит основой для образования тельца Барра про. РНК